【手続補正書】
【提出日】平成18年5月26日(2006.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  Ｘ線露光装置およびＸ線露光方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】  １段目Ｘ線ミラーと、
前記１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーとを備え、
前記１段目Ｘ線ミラーおよび前記２段目Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角をα、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向での、前記１段目Ｘ線ミラーと前記２段目Ｘ線ミラーとの間の距離をＬα、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の前記入射光軸および前記１段目Ｘ線ミラーから反射されるＸ線の光軸により規定される平面上での前記入射光軸に対して垂直な方向における、前記入射光軸から前記２段目Ｘ線ミラーまでの距離をＤ、としたときに、
Ｄ＝Ｌα×ｔａｎ（２α）
という関係を満足するように前記α、Ｌαを変更することにより、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸の方向と前記２段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸の方向を実質的に同一とし、かつ、前記２段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更することが可能なＸ線露光装置。
【請求項２】  １段目Ｘ線ミラーと、
前記１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーと、
前記２段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する３段目Ｘ線ミラーとを備え、
前記１段目Ｘ線ミラーおよび前記３段目Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角をα、前記２段目Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角を２α、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向での、前記１段目Ｘ線ミラーと前記２段目Ｘ線ミラーとの間の距離および前記２段目Ｘ線ミラーと前記３段目Ｘ線ミラーとの間の距離をそれぞれＬ、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の前記入射光軸および前記１段目Ｘ線ミラーから反射されるＸ線の光軸により規定される平面上での前記入射光軸に対して垂直な方向における、前記入射光軸から前記２段目Ｘ線ミラーまでの距離をＤα、としたときに、
Ｄα＝Ｌ×ｔａｎ（２α）
という関係を満足するように前記α、Ｄαを変更することにより、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸と前記３段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸を実質的に同一とし、かつ、前記３段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更することが可能なＸ線露光装置。
【請求項３】  １段目Ｘ線ミラーと、
前記１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーと、
前記２段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する３段目Ｘ線ミラーと、
前記３段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する４段目Ｘ線ミラーとを備え、
前記１段目Ｘ線ミラー、前記２段目Ｘ線ミラー、前記３段目Ｘ線ミラーおよび前記４段目Ｘ線ミラーのそれぞれに対するＸ線の斜入射角をα、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向での、前記１段目Ｘ線ミラーと前記２段目Ｘ線ミラーとの間の距離および前記３段目Ｘ線ミラーと前記４段目Ｘ線ミラーとの間の距離をそれぞれＬ、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の前記入射光軸および前記１段目Ｘ線ミラーから反射されるＸ線の光軸により規定される平面上での前記入射光軸に対して垂直な方向における、前記入射光軸から前記２段目Ｘ線ミラーおよび前記３段目Ｘ線ミラーまでの距離をＤα、としたときに、
Ｄα＝Ｌ×ｔａｎ（２α）
という関係を満足するように前記α、Ｄαを変更することにより、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸と前記４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸を実質的に同一とし、かつ、前記４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更することが可能なＸ線露光装置。
【請求項４】  １段目Ｘ線ミラーと、
前記１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーと、
前記２段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する３段目Ｘ線ミラーと、
前記３段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する４段目Ｘ線ミラーとを備え、
前記１段目Ｘ線ミラーと前記４段目Ｘ線ミラーのそれぞれに対するＸ線の斜入射角をα、前記２段目Ｘ線ミラーと前記３段目Ｘ線ミラーのそれぞれに対するＸ線の斜入射角をβ、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向であるＸ軸方向での、前記１段目Ｘ線ミラーと前記２段目Ｘ線ミラーとの間の距離および前記３段目Ｘ線ミラーと前記４段目Ｘ線ミラーとの間の距離をそれぞれＬα、前記Ｘ軸方向での前記２段目Ｘ線ミラーと前記３段目Ｘ線ミラーとの間の距離をＬβ、前記Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向における、前記２段目Ｘ線ミラーと前記３段目Ｘ線ミラーとの間の距離をＤ、としたときに、
Ｄ＝２×Ｌα×ｔａｎ（２α）＝Ｌβ×ｔａｎ２（β−α）
という関係を満足するように前記α、β、Ｌα、Ｌβを変更することにより、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸と前記４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸を実質的に同一とし、かつ、前記４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更することが可能なＸ線露光装置。
【請求項５】  １段目Ｘ線ミラーと前記１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーとを備えるＸ線露光装置を用いたＸ線露光方法であって、
前記１段目Ｘ線ミラーおよび前記２段目Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角をα、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向での、前記１段目Ｘ線ミラーと前記２段目Ｘ線ミラーとの間の距離をＬα、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の前記入射光軸および前記１段目Ｘ線ミラーから反射されるＸ線の光軸により規定される平面上での前記入射光軸に対して垂直な方向における、前記入射光軸から前記２段目Ｘ線ミラーまでの距離をＤ、としたときに、
Ｄ＝Ｌα×ｔａｎ（２α）
という関係を満足するように前記α、Ｌαを変更することにより、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸の方向と前記２段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸の方向を実質的に同一とし、かつ、前記２段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更する工程と、
前記１段目Ｘ線ミラーから前記２段目Ｘ線ミラーを介して出射されるＸ線を用いて露光を行なう工程とを備える、Ｘ線露光方法。
【請求項６】  １段目Ｘ線ミラーと、前記１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーと、前記２段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する３段目Ｘ線ミラーとを備えるＸ線露光装置を用いたＸ線露光方法であって、
前記１段目Ｘ線ミラーおよび前記３段目Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角をα、前記２段目Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角を２α、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向での、前記１段目Ｘ線ミラーと前記２段目Ｘ線ミラーとの間の距離および前記２段目Ｘ線ミラーと前記３段目Ｘ線ミラーとの間の距離をそれぞれＬ、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の前記入射光軸および前記１段目Ｘ線ミラーから反射されるＸ線の光軸により規定される平面上での前記入射光軸に対して垂直な方向における、前記入射光軸から前記２段目Ｘ線ミラーまでの距離をＤα、としたときに、
Ｄα＝Ｌ×ｔａｎ（２α）
という関係を満足するように前記α、Ｄαを変更することにより、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸と前記３段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸を実質的に同一とし、かつ、前記３段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更する工程と、
前記１段目Ｘ線ミラーから前記２段目Ｘ線ミラーおよび前記３段目Ｘ線ミラーを介して出射されるＸ線を用いて露光を行なう工程とを備える、Ｘ線露光方法。
【請求項７】  １段目Ｘ線ミラーと、前記１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーと、前記２段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する３段目Ｘ線ミラーと、前記３段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する４段目Ｘ線ミラーとを備えるＸ線露光装置を用いたＸ線露光方法であって、
前記１段目Ｘ線ミラー、前記２段目Ｘ線ミラー、前記３段目Ｘ線ミラーおよび前記４段目Ｘ線ミラーのそれぞれに対するＸ線の斜入射角をα、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向での、前記１段目Ｘ線ミラーと前記２段目Ｘ線ミラーとの間の距離および前記３段目Ｘ線ミラーと前記４段目Ｘ線ミラーとの間の距離をそれぞれＬ、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の前記入射光軸および前記１段目Ｘ線ミラーから反射されるＸ線の光軸により規定される平面上での前記入射光軸に対して垂直な方向における、前記入射光軸から前記２段目Ｘ線ミラーおよび前記３段目Ｘ線ミラーまでの距離をＤα、としたときに、
Ｄα＝Ｌ×ｔａｎ（２α）
という関係を満足するように前記α、Ｄαを変更することにより、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸と前記４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸を実質的に同一とし、かつ、前記４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更する工程と、
前記１段目Ｘ線ミラーから前記２段目Ｘ線ミラー、前記３段目Ｘ線ミラーおよび前記４段目Ｘ線ミラーを介して出射されるＸ線を用いて露光を行なう工程とを備える、Ｘ線露光方法。
【請求項８】  １段目Ｘ線ミラーと、前記１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーと、前記２段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する３段目Ｘ線ミラーと、前記３段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する４段目Ｘ線ミラーとを備えるＸ線露光装置を用いたＸ線露光方法であって、
前記１段目Ｘ線ミラーと前記４段目Ｘ線ミラーのそれぞれに対するＸ線の斜入射角をα、前記２段目Ｘ線ミラーと前記３段目Ｘ線ミラーのそれぞれに対するＸ線の斜入射角をβ、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向であるＸ軸方向での、前記１段目Ｘ線ミラーと前記２段目Ｘ線ミラーとの間の距離および前記３段目Ｘ線ミラーと前記４段目Ｘ線ミラーとの間の距離をそれぞれＬα、前記Ｘ軸方向での前記２段目Ｘ線ミラーと前記３段目Ｘ線ミラーとの間の距離をＬβ、前記Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向における、前記２段目Ｘ線ミラーと前記３段目Ｘ線ミラーとの間の距離をＤ、としたときに、
Ｄ＝２×Ｌα×ｔａｎ（２α）＝Ｌβ×ｔａｎ２（β−α）
という関係を満足するように前記α、β、Ｌα、Ｌβを変更することにより、前記１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸と前記４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸を実質的に同一とし、かつ、前記４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更する工程と、
前記１段目Ｘ線ミラーから前記２段目Ｘ線ミラー、前記３段目Ｘ線ミラーおよび前記４段目Ｘ線ミラーを介して出射されるＸ線を用いて露光を行なう工程とを備える、Ｘ線露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｘ線露光装置およびＸ線露光方法に関し、より特定的には、従来より短波長領域のＸ線を露光に用いることが可能なＸ線露光装置およびＸ線露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化、微細化に対する要求はますます強くなってきている。このため、従来よりも微細な半導体集積回路のパターンを形成する必要性が高まっている。そこで、写真製版加工工程において、従来用いられていた露光光よりもより短波長であるＸ線を露光光として用いるＸ線近接露光技術が注目されている。
【０００３】
図２４は、従来のＸ線露光装置の構成図である。図２４を参照して、Ｘ線露光装置は、シンクロトロン放射源１０１とＸ線ミラー１０３と熱除去フィルタ１０４とベリリウム窓１０５と窒化珪素膜からなる窓１２２とＸ線マスク１０６と半導体ウェハ１０９を設置する縦型ＸＹステージ１２３とから構成されている。シンクロトロン放射源１０１において発生した放射光１０２は、Ｘ線ミラー１０３、熱除去フィルタ１０４、ベリリウム窓１０５、窒化珪素膜からなる窓１２２を通り、Ｘ線マスク１０６に到達する。そして、Ｘ線マスク１０６においては、Ｘ線吸収体により半導体ウェハ１０９に転写すべき回路パターンが形成されている。そして、放射光１０２がＸ線マスク１０６を通過することにより、この回路パターンが半導体ウェハ１０９上に塗布されたレジストに転写される。なお、このようなＸ線露光装置は、たとえば、ＮＴＴ  Ｒ＆Ｄ  Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．６，ｐ．５０１（１９９４）に示されている。
【０００４】
ここで、放射光１０２は、Ｘ線領域から赤外線領域までの広い範囲にわたる波長を有する連続スペクトル光である。一方、半導体ウェハ１０９に転写パターンを転写するＸ線露光工程において必要とされるＸ線は、ある適当な波長領域のＸ線のみが必要とされる。このため、従来のＸ線露光装置においては、まず、Ｘ線ミラー１０３の反射特性を利用して、波長が約０．７ｎｍ以下の短波長のＸ線成分を吸収カットする。次に、放射光１０２がベリリウムからなる熱除去フィルタ１０４を透過する際に、ベリリウム材の特性から、波長が１．５ｎｍより長いＸ線成分は、ほとんどすべて熱除去フィルタ１０４により吸収カットされる。
【０００５】
このようにして、放射光１０２は、その波長が０．７〜１．５ｎｍ程度の範囲となるように調整される。そして、放射光１０２は、ベリリウム窓１０５および窒化珪素膜からなる窓１２２を順次透過していく。この際、ベリリウム窓１０５や窒化珪素膜からなる窓１２２での発熱はほとんどない。そして、ベリリウム窓１０５と窒化珪素膜からなる窓１２２との間は大気圧のヘリウムにより満たされている。このため、ベリリウム窓１０５はベリリウム窓１０５よりも上流側の真空領域と下流側の大気圧領域との隔壁として作用している。そして、熱除去フィルタ１０４において不要なＸ線成分をカットしていることにより、ベリリウム窓１０５の発熱を抑制している。この結果、ベリリウム窓１０５の機械的強度を保つことが可能となっている。
【０００６】
また、窒化珪素膜からなる窓１２２はヘリウムが充填されている領域と大気との間の隔壁の役割を果たしている。なお、縦型ＸＹステージ１２３をヘリウム雰囲気中に設置するような装置構成にした場合には、窒化珪素膜からなる窓１２２は不要となる。
【０００７】
そして、Ｘ線マスク１０６には上述のように半導体ウェハに転写するための回路パターンが形成されている。そして、半導体ウェハ１０９に塗布されたレジストの所定領域に放射光１０２をＸ線マスク１０６を介して照射することにより、この回路パターンを転写する。
【０００８】
ここで、従来、Ｘ線ミラー１０３におけるＸ線を反射する面の材料としては、金や白金などの重金属が用いられてきている。これは、Ｘ線ミラー１０３に対する放射光１０２の斜入射角を２°程度と比較的大きくしても、露光に用いるＸ線の波長である０．７ｎｍ前後の波長において、６０％程度のＸ線の反射率が得られるためである。そして、このような金や白金などの材料を用いて集光角の大きなＸ線ミラーを作製することにより、より多くのＸ線を集光することが検討されている。このようにより多くのＸ線を集光することで、露光に用いるＸ線の強度を大きくすることができる。この結果、露光工程において高いスループットを得ることが可能となる。
【０００９】
また、Ｘ線ミラー１０３の材料として、炭化珪素や溶融石英などを用いることも提案されている。この炭化珪素は、斜入射角を約１°と比較的浅く設定することにより、Ｘ線の反射率を９０％程度という大変高い値にすることができる。
【００１０】
また、長波長のＸ線を吸収カットする熱除去フィルタ１０４の材料としては、ベリリウム薄膜が提案されているが、この他に、窒化珪素やダイヤモンド薄膜を補助的に用いるという提案もなされている。これは、熱線吸収の効率を上げる目的、およびベリリウム薄膜の酸化防止を図るといった目的のためである。
【００１１】
また、Ｘ線マスク１０６は、通常、炭化珪素などからなるメンブレンと、このメンブレン上に形成されたＸ線吸収体とを備える。ここで、炭化珪素が用いられているのは、露光に用いるＸ線である、波長が０．７ｎｍ〜１．５ｎｍ程度のＸ線の吸収率が比較的小さいからである。
【００１２】
このように、Ｘ線ミラーにおけるＸ線を反射する面の材料としては金、白金、炭化珪素、溶融石英などが提案されている。また、窓材としては、ベリリウム、窒化珪素、ダイヤモンドなどが提案されている。ここで、これらのいずれにおいても、従来から最も適していると言われているピーク波長が０．７５ｎｍ程度のＸ線を露光光として用いることを前提としている。
【００１３】
ここで、最適な露光光としてピーク波長が０．７５ｎｍ程度のＸ線が適していると言われていた理由は以下のようなものである。
【００１４】
つまり、原理的には、波長の短いＸ線を用いるほど得られる光学像の解像度は向上し、微細なパターンを形成することが可能である。しかし、Ｘ線の波長が短くなるにつれて、Ｘ線のエネルギーは大きくなる。その結果、露光工程において半導体ウェハ１０９上に塗布されたレジストにＸ線が照射された場合、このレジスト中において光電子が発生する。この光電子の運動エネルギーは、レジストに入射するＸ線のエネルギーが大きいほど大きくなる。そして、この光電子によりレジストは感光される。その結果、短波長のＸ線を用いるほど、レジスト内で発生した光電子により感光されるレジストの領域が大きくなってしまうことになる。この結果、この光電子の影響により、レジストに形成されるパターンがぼけてしまうことになる。つまり、この光電子の飛程がそのまま解像限界を決定するとされていた。
【００１５】
このため、この光電子の飛程を考慮して、従来露光に用いるＸ線の最適ピーク波長は、０．７５ｎｍ程度であると言われていた。
【００１６】
このように、光電子の飛程が解像限界を決定すると考えられていたため、従来は、上記のような約０．７５ｎｍ程度のピーク波長を有するＸ線を用いた露光工程によっては、１００ｎｍ以下の線幅または線間間隔を有するパターンは形成できないと言われていた。
【００１７】
このような状況で、Ｘ線を用いた露光工程における解像度を向上させるため、従来、低コントラストマスクや、吸収体パターンに縦方向のテーパをつけるなどの位相シフトマスク、光近接効果補正を施したマスクなどを用いることにより、高解像度化を図るという提案がなされている。しかし、いずれも、解像度を大幅に向上させることは困難であった。
【００１８】
そして、上記のような光電子の飛程の問題が存在するため、露光に用いるＸ線の波長をより短波長領域にシフトすることにより、高解像度化を図るという考えは、半導体装置の回路パターンの転写を行なうＸ線露光の技術分野においては従来検討されていなかった。また、短波長領域のＸ線を用いる場合には、Ｘ線のエネルギーが従来より大きいため、Ｘ線がＸ線マスクのＸ線吸収体を容易に透過する。そのため、必要なコントラストを得るためには、Ｘ線吸収体の膜厚を厚くする必要があると考えられる。そして、このような場合には、Ｘ線が厚い膜厚を有するＸ線吸収体により形成された転写用パターンを通過する際に、導波管効果によりＸ線の透過特性が劣化するので、転写される回路パターンの解像度が低下するという問題があった。このため、転写パターンの微細化は困難であるとされていた。
【００１９】
なお、短波長のＸ線による露光技術としては、マイクロマシン技術の分野において、露光波長を０．３ｎｍ程度にした例がある。ただし、このように短波長のＸ線を用いたのは、レジスト中へのＸ線の透過能を高くすることにより、数ミクロンのパターンを数百ミクロン程度の高さで形成するという、高アスペクトパターン加工を行なうという目的のためである。また、このマイクロマシン技術の分野において要求されているパターン寸法は、上記の半導体装置の分野で求められている要求パターン寸法よりも１桁から２桁以上大きい。また、Ｘ線マスクのＸ線吸収体の厚さも半導体装置の分野で用いられているものより厚い。また、Ｘ線マスクの基板もチタンなどの金属を用いている。つまり、上記技術は本発明の技術分野とは全く異なる技術分野に属するものである。さらに、パラジウムターゲットを用いた電子線励起型の点光源を用いた露光装置では、０．４１５ｎｍ〜０．４４ｎｍという波長領域のＸ線を用いて露光を行うために、窒化硼素からなる基板上に金めっきにより吸収体を形成したマスクを用いた実験例が報告されている。しかし、この技術もシンクロトロン放射源を用いる本発明とは、基本的に異なる技術分野に属するものである。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、近年、半導体装置の微細化、高集積化の要求に伴い、デザインルールが０．０５μｍ程度の微細なパターンを形成する必要性が明らかになってきた。そして、上記のようなピーク波長が０．７５ｎｍ程度のＸ線を用いた露光工程では、このような線幅または線間間隔が０．０５μｍレベルの微細パターンを精度よく形成することは困難であると考えられる。
【００２１】
そこで、発明者らは、Ｘ線露光技術の適用限界をより微細領域に広げ、高解像度のパターンを高速に転写する（高いスループットを達成する）ことを目的として、さまざまな実験、研究をおこなった。この結果、後述するように従来よりも短波長領域のＸ線をＸ線露光工程に用いることが可能であることを発見した。しかし、現在のＸ線露光装置は、基本的にピーク波長が０．７５ｎｍ程度のＸ線を露光光として用いることを前提として設計されたものであるため、たとえば０．７ｎｍよりも小さな波長を有するＸ線を露光光として有効に使用することが困難であった。
【００２２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の１つの目的は、Ｘ線露光に用いるＸ線の波長を従来よりも短波長領域にまで広げることにより、高解像度のパターンを転写することが可能であり、かつ高いスループットを達成することが可能なＸ線露光装置を提供することである。
【００２３】
本発明のもう１つの目的は、Ｘ線露光において用いるＸ線の波長を従来よりも短波長領域に広げることにより、高解像度のパターンを転写することが可能で、かつ、高いスループットを実現することが可能なＸ線露光方法を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この発明に従ったＸ線露光装置は、１段目Ｘ線ミラーと、１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーとを備える。上記Ｘ線露光装置では、１段目Ｘ線ミラーおよび２段目Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角をα、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向での、１段目Ｘ線ミラーと２段目Ｘ線ミラーとの間の距離をＬα、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸および１段目Ｘ線ミラーから反射されるＸ線の光軸により規定される平面上での入射光軸に対して垂直な方向における、入射光軸から２段目Ｘ線ミラーまでの距離をＤ、としたときに、
Ｄ＝Ｌα×ｔａｎ（２α）
という関係を満足するようにα、Ｌαを変更することにより、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸の方向と２段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸の方向を実質的に同一とし、かつ、２段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更することが可能である。
【００２５】
この発明に従ったＸ線露光装置は、１段目Ｘ線ミラーと、１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーと、２段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する３段目Ｘ線ミラーとを備える。上記Ｘ線露光装置では、１段目Ｘ線ミラーおよび３段目Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角をα、２段目Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角を２α、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向での、１段目Ｘ線ミラーと２段目Ｘ線ミラーとの間の距離および２段目Ｘ線ミラーと３段目Ｘ線ミラーとの間の距離をそれぞれＬ、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸および１段目Ｘ線ミラーから反射されるＸ線の光軸により規定される平面上での入射光軸に対して垂直な方向における、入射光軸から２段目Ｘ線ミラーまでの距離をＤα、としたときに、
Ｄα＝Ｌ×ｔａｎ（２α）
という関係を満足するようにα、Ｄαを変更することにより、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸と３段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸を実質的に同一とし、かつ、３段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更することが可能である。
【００２６】
この発明に従ったＸ線露光装置は、１段目Ｘ線ミラーと、１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーと、２段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する３段目Ｘ線ミラーと、３段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する４段目Ｘ線ミラーとを備える。上記Ｘ線露光装置では、１段目Ｘ線ミラー、２段目Ｘ線ミラー、３段目Ｘ線ミラーおよび４段目Ｘ線ミラーのそれぞれに対するＸ線の斜入射角をα、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向での、１段目Ｘ線ミラーと２段目Ｘ線ミラーとの間の距離および３段目Ｘ線ミラーと４段目Ｘ線ミラーとの間の距離をそれぞれＬ、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸および１段目Ｘ線ミラーから反射されるＸ線の光軸により規定される平面上での入射光軸に対して垂直な方向における、入射光軸から２段目Ｘ線ミラーおよび３段目Ｘ線ミラーまでの距離をＤα、としたときに、
Ｄα＝Ｌ×ｔａｎ（２α）
という関係を満足するようにα、Ｄαを変更することにより、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸と４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸を実質的に同一とし、かつ、４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更することが可能である。
【００２７】
この発明に従ったＸ線露光装置は、１段目Ｘ線ミラーと、１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーと、２段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する３段目Ｘ線ミラーと、３段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する４段目Ｘ線ミラーとを備える。上記Ｘ線露光装置では、１段目Ｘ線ミラーと４段目Ｘ線ミラーのそれぞれに対するＸ線の斜入射角をα、２段目Ｘ線ミラーと３段目Ｘ線ミラーのそれぞれに対するＸ線の斜入射角をβ、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向であるＸ軸方向での、１段目Ｘ線ミラーと２段目Ｘ線ミラーとの間の距離および３段目Ｘ線ミラーと４段目Ｘ線ミラーとの間の距離をそれぞれＬα、Ｘ軸方向での２段目Ｘ線ミラーと３段目Ｘ線ミラーとの間の距離をＬβ、Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向における、２段目Ｘ線ミラーと３段目Ｘ線ミラーとの間の距離をＤ、としたときに、
Ｄ＝２×Ｌα×ｔａｎ（２α）＝Ｌβ×ｔａｎ２（β−α）
という関係を満足するようにα、β、Ｌα、Ｌβを変更することにより、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸と４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸を実質的に同一とし、かつ、４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更することが可能である。
【００２８】
この発明に従ったＸ線露光方法は、１段目Ｘ線ミラーと前記１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーとを備えるＸ線露光装置を用いたＸ線露光方法であって、Ｘ線のスペクトル分布を変更する工程と露光を行なう工程とを備える。Ｘ線のスペクトル分布を変更する工程では、１段目Ｘ線ミラーおよび２段目Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角をα、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向での、１段目Ｘ線ミラーと２段目Ｘ線ミラーとの間の距離をＬα、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸および１段目Ｘ線ミラーから反射されるＸ線の光軸により規定される平面上での入射光軸に対して垂直な方向における、入射光軸から２段目Ｘ線ミラーまでの距離をＤ、としたときに、
Ｄ＝Ｌα×ｔａｎ（２α）
という関係を満足するようにα、Ｌαを変更することにより、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸の方向と２段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸の方向を実質的に同一とし、かつ、２段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更する。露光を行なう工程では、１段目Ｘ線ミラーから２段目Ｘ線ミラーを介して出射されるＸ線を用いて露光を行なう。
【００２９】
この発明に従ったＸ線露光方法は、１段目Ｘ線ミラーと、１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーと、２段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する３段目Ｘ線ミラーとを備えるＸ線露光装置を用いたＸ線露光方法であって、Ｘ線のスペクトル分布を変更する工程と露光を行なう工程とを備える。Ｘ線のスペクトル分布を変更する工程では、１段目Ｘ線ミラーおよび３段目Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角をα、２段目Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角を２α、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向での、１段目Ｘ線ミラーと２段目Ｘ線ミラーとの間の距離および２段目Ｘ線ミラーと３段目Ｘ線ミラーとの間の距離をそれぞれＬ、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸および１段目Ｘ線ミラーから反射されるＸ線の光軸により規定される平面上での入射光軸に対して垂直な方向における、入射光軸から２段目Ｘ線ミラーまでの距離をＤα、としたときに、
Ｄα＝Ｌ×ｔａｎ（２α）
という関係を満足するようにα、Ｄαを変更することにより、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸と３段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸を実質的に同一とし、かつ、３段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更する。露光を行なう工程では、１段目Ｘ線ミラーから２段目Ｘ線ミラーおよび３段目Ｘ線ミラーを介して出射されるＸ線を用いて露光を行なう。
【００３０】
この発明に従ったＸ線露光方法は、１段目Ｘ線ミラーと、１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーと、２段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する３段目Ｘ線ミラーと、３段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する４段目Ｘ線ミラーとを備えるＸ線露光装置を用いたＸ線露光方法であって、Ｘ線のスペクトル分布を変更する工程と露光を行なう工程とを備える。Ｘ線のスペクトル分布を変更する工程では、１段目Ｘ線ミラー、２段目Ｘ線ミラー、３段目Ｘ線ミラーおよび４段目Ｘ線ミラーのそれぞれに対するＸ線の斜入射角をα、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向での、１段目Ｘ線ミラーと２段目Ｘ線ミラーとの間の距離および３段目Ｘ線ミラーと４段目Ｘ線ミラーとの間の距離をそれぞれＬ、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸および１段目Ｘ線ミラーから反射されるＸ線の光軸により規定される平面上での入射光軸に対して垂直な方向における、入射光軸から２段目Ｘ線ミラーおよび３段目Ｘ線ミラーまでの距離をＤα、としたときに、
Ｄα＝Ｌ×ｔａｎ（２α）
という関係を満足するようにα、Ｄαを変更することにより、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸と４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸を実質的に同一とし、かつ、４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更する。露光を行なう工程では、１段目Ｘ線ミラーから２段目Ｘ線ミラー、３段目Ｘ線ミラーおよび４段目Ｘ線ミラーを介して出射されるＸ線を用いて露光を行なう。
【００３１】
この発明に従ったＸ線露光方法は、１段目Ｘ線ミラーと、１段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する２段目Ｘ線ミラーと、２段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する３段目Ｘ線ミラーと、３段目Ｘ線ミラーにおいて反射されたＸ線が入射する４段目Ｘ線ミラーとを備えるＸ線露光装置を用いたＸ線露光方法であって、Ｘ線のスペクトル分布を変更する工程と露光を行なう工程とを備える。Ｘ線のスペクトル分布を変更する工程では、１段目Ｘ線ミラーと４段目Ｘ線ミラーのそれぞれに対するＸ線の斜入射角をα、２段目Ｘ線ミラーと３段目Ｘ線ミラーのそれぞれに対するＸ線の斜入射角をβ、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸に沿った方向であるＸ軸方向での、１段目Ｘ線ミラーと２段目Ｘ線ミラーとの間の距離および３段目Ｘ線ミラーと４段目Ｘ線ミラーとの間の距離をそれぞれＬα、Ｘ軸方向での２段目Ｘ線ミラーと３段目Ｘ線ミラーとの間の距離をＬβ、Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向における、２段目Ｘ線ミラーと３段目Ｘ線ミラーとの間の距離をＤ、としたときに、
Ｄ＝２×Ｌα×ｔａｎ（２α）＝Ｌβ×ｔａｎ２（β−α）
という関係を満足するようにα、β、Ｌα、Ｌβを変更することにより、１段目Ｘ線ミラーに入射するＸ線の入射光軸と４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線の光軸を実質的に同一とし、かつ、４段目Ｘ線ミラーから出射するＸ線のスペクトル分布を変更する。露光を行なう工程では、１段目Ｘ線ミラーから２段目Ｘ線ミラー、３段目Ｘ線ミラーおよび４段目Ｘ線ミラーを介して出射されるＸ線を用いて露光を行なう。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
本発明は、基本的にはシンクロトロン放射源からＸ線露光に最適な従来より短波長領域のＸ線を取り出す装置および方法と、取り出されたＸ線を露光光として利用するためのＸ線マスクとから構成されている。図１は、本発明によるＸ線露光装置の実施の形態１を示す模式図である。図１を参照して、Ｘ線露光装置は、シンクロトロン放射源１とＸ線ミラー３と熱除去フィルタ４とベリリウム窓５とＸ線マスク６とを備える。ここで、熱除去フィルタ４はベリリウムからなり、長波長領域のＸ線をカットする機能を有する。また、ベリリウム窓５は、真空領域と大気との隔壁として作用する。Ｘ線マスク６には、半導体ウェハ９に転写されるべき転写用回路パターンがＸ線吸収体により形成されている。
【００３４】
シンクロトロン放射源１から出射した放射光２は、Ｘ線ミラー３にまず入射する。このときの放射光２の光軸とＸ線ミラーのＸ線を反射する面とのなす角を斜入射角７としている。また、Ｘ線ミラー３において放射光２を集光する角度を集光角８として示している。そして、Ｘ線ミラー３において反射された放射光２は、熱除去フィルタ４、ベリリウム窓５、Ｘ線マスクを介して、半導体ウェハ９に到達する。このような反射光２を利用したＸ線露光方法を用いて、半導体装置を製造することができる。
【００３５】
なお、Ｘ線ミラー３は、放射光２を集光する集光ミラーとしての機能や、Ｘ線ミラー３から出射する放射光２が一度に照射できる領域の面積（照射面積）を拡大する拡大ミラーとしての機能を兼ね備えていてもよい。また、本発明によるＸ線露光装置は、Ｘ線ミラー３とは別に、集光ミラーや拡大ミラーを備えていてもよい。
【００３６】
ここで、本発明によるＸ線露光装置では、Ｘ線ミラー３として、シリコンウェハを基板とし、この基板表面に、プラズマＣＶＤ法を用いて５０μｍの膜厚のダイヤモンド層を形成したものを用いた。このダイヤモンド層の表面は機械的に研磨加工されることにより、表面粗度が０．４ｎｍ（ｒｍｓ）となっている。なお、ダイヤモンド層の表面は、化学的に研磨加工されていてもよい。
【００３７】
そして、このような構造を有するＸ線ミラー３に対して、斜入射角１°という条件で放射光２を入射し、Ｘ線ミラー３のＸ線反射特性（短波長領域のＸ線をカットする特性）を評価した。その結果を図２に示す。図２は、Ｘ線ミラーの材料についての、Ｘ線の波長とＸ線の反射率との関係を示すグラフである。
【００３８】
ここで、発明者らは、従来よりも短波長領域のＸ線をＸ線露光工程において用いることができることを発見した。そして、このような短波長領域のＸ線を用いたＸ線露光装置を実現するために、さまざまな検討を行なった。そして、この検討の１つとして、短波長領域のＸ線を用いた露光に最適なＸ線を取出すため、シンクロトロン放射源からＸ線を取出すためのビームラインに用いる短波長カット用のＸ線ミラーの材料について検討を行なった。
【００３９】
発明者らは、まず、各種材料表面でのＸ線の反射特性を検討した。この結果、従来からＸ線ミラーとして検討されている金や白金などの重元素を用いたミラーにおいても、斜入射角を小さくすることにより、カットされるＸ線の波長領域を従来よりも短波長領域へと移動させることがある程度は可能であることを確認した。しかし、従来の金や白金などを用いた場合には、０．３〜０．５ｎｍといった波長領域のＸ線を完全にカットすることはできず、Ｘ線ミラーから出射されるＸ線には、この０．３〜０．５ｎｍという波長領域のＸ線がかなりの割合で混入していた。このような波長領域のＸ線が露光に用いるＸ線に混入することにより、半導体ウェハ上に塗布されたレジストにＸ線が入射した際、従来よりも多くの光電子を発生させるので、形成されるパターンの精度に悪影響を及ぼす。
【００４０】
そこで、発明者らは、このような問題を解決するため、Ｘ線ミラーの反射面の材料として、ダイヤモンドや窒化硼素などの、高密度でありかつ原子量も小さい軽元素を含む材料を用いることを考案した。
【００４１】
ダイヤモンドや窒化硼素をＸ線ミラーとして用いる場合には、斜入射角を１°と大きくした場合にも、０．６ｎｍ程度の短波長領域まで、Ｘ線を高い反射率で反射することがわかった。そして、０．６ｎｍ以下の短波長領域においては、これらの材料を用いたＸ線ミラーでは、Ｘ線の反射率が急激に低下する。このため、このような短波長領域でのＸ線の混入を従来の金や白金などを用いた場合よりも小さくすることができる。
【００４２】
また、図２を参照して、ダイヤモンドおよび窒化硼素のいずれを用いたＸ線ミラーにおいても、ほぼ同程度の高い反射率が得られる。
【００４３】
また、斜入射角を１°以下というより小さい角度にすることにより、ダイヤモンドや窒化硼素を用いたＸ線ミラーでは、Ｘ線ミラーにおいてカットする波長領域をより短波長側へと移動させることが可能であった。
【００４４】
また、これらの軽元素からなる材料においては、一度０．６ｎｍ程度の波長領域においてＸ線の反射率が低下した後は、０．４５ｎｍ未満の短波長領域において反射率が低下したままでほとんど変動しない。このように反射率の変動がないため、放射光から０．４５ｎｍ未満の短波長領域に属するＸ線を従来よりも効果的に除去することができる。つまり、これらの材料を利用すれば、波長が０．４５ｎｍ未満のみのＸ線を吸収する短波長カット用のＸ線ミラーを作成することが可能となる。
【００４５】
また、上記のような軽元素からなる材料は、０．４５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の波長領域に吸収端を有さない。このため、上記材料は上記のような波長領域において吸収ピークを有さない。そのため、これらの材料をＸ線ミラーに適用すれば、従来のＸ線ミラーよりも、０．４５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の波長領域のＸ線をより確実に反射することができる。その結果、十分なＸ線の照射強度を確保することができるので、高いスループットを得ることができる。
【００４６】
また、上記の材料をＸ線ミラーに適用すれば、従来用いられていた０．７５ｎｍ程度の波長よりも短波長領域のＸ線を得ることができる。この結果、従来より短波長領域のＸ線を利用することができる。そのため、従来よりも高解像度な回路パターンを転写することが可能となる。この結果、本発明によるＸ線露光装置を用いれば、従来よりさらに高集積化された半導体装置を得ることができる。
【００４７】
また、これらのダイヤモンドや窒化硼素などの材料を研磨した平滑な表面をＸ線の反射面として用いることにより、約９０％程度と、高い反射率を得ることができた。
【００４８】
また、ここで、従来のＸ線ミラーについては、平面ミラーや球面ミラー、あるいは非球面ミラーといった形状が提案されている。球面ミラーとしては、シリンドリカルタイプやトロイダルタイプなどが提案されている。また、非球面ミラーとしてはエリプソイダルタイプ、パラボロイドタイプなどが提案されている。これらはいずれも集光効率を高める目的のために考案されたものである。また、加工技術および評価技術さらには設計技術の進歩により、最近では数式で表記できないような非球面のミラー面も検討されてきている。
【００４９】
また、Ｘ線ミラーの基板としては、ガラスのみでなく、高い硬度を有するが脆いため、従来は加工に適さないと考えられていたような材料を用いることも検討されてきている。これは、加工技術の進歩により、このような高硬度の材料を用いて、自由曲面を形成することが可能になってきたことによる。
【００５０】
このため、発明者らは、従来からＸ線ミラーの材料として検討されていた溶融石英などの酸化珪素系の材料のほか、炭化珪素、グラファイト、窒化硼素などの材料によってもＸ線ミラーの加工を試みた。そして、これらの炭化珪素、グラファイト、窒化硼素により形成したＸ線ミラーによっても、斜入射角を調節することにより、０．６ｎｍ前後の領域以下の短波長領域のＸ線をカットすることができた。しかし、炭化珪素やグラファイトを用いたＸ線ミラーにおいては、斜入射角を大変小さくする必要があった。また、Ｘ線ミラーの反射面としてダイヤモンド薄膜を形成した面を用いることも検討した。
【００５１】
ここで、炭化珪素やダイヤモンド材料の形成技術については、近年、ＣＶＤ法を用いた形成技術の開発が急速に進んでいる。そのため、従来よりもより大きな炭化珪素やダイヤモンド材料からなる試料を得ることが可能になってきている。このため、この炭化珪素などの材料を、Ｘ線ミラーの材料として検討することが可能になってきた。
【００５２】
ダイヤモンド材料からなるバルク材を用いてＸ線ミラーを形成することができれば、その熱伝導特性などから考えて、良好な特性を有するＸ線ミラーを得ることができると考えられる。しかし、これらの材料を用いてバルク状の大型ミラーを形成することは工業的にはまだ困難である。そのため、発明者らは、これらの材料を用いて小型の平面ミラーを作製し、その特性を検証した。そして、その特性は予測どおり優れたものであった。
【００５３】
発明者らは、上記の炭化珪素やダイヤモンド材料などを用いたＸ線ミラーの検討に際しては、作製工程の容易さなどから、これらの材料をＣＶＤ法を用いて薄膜として形成した。そして、この薄膜表面をＸ線ミラーの反射面として用いることを主に検討した。すなわち、既に所定形状に加工した基板表面に、ＣＶＤ法を用いてダイヤモンド薄膜を形成する。そして、機械的あるいは化学的な加工を施し、Ｘ線ミラーを完成した。
【００５４】
ここで、Ｘ線ミラーの基板としては、比較的加工が容易なグラファイトなどの炭素系材料、珪素酸化物を主体とした結晶やガラス系の材料、加工は困難になるが熱伝導性や照射損傷に対する耐性などの観点から選択された炭化珪素系の材料、および硬度が高く耐熱性に優れるが、比較的脆い窒化硼素などの材料について検討した。そして、これらの材料の表面にＣＶＤ法を用いてダイヤモンド薄膜を形成した。
【００５５】
具体的には、発明者らは、グラファイト、珪素酸化物、炭化珪素、窒化硼素などの基板を約７００℃以上に加熱した状態で、ＣＶＤ法を用いてダイヤモンド薄膜を形成した。この結果、グラファイト、珪素酸化物、炭化珪素、窒化硼素のいずれの材料の表面においても、ダイヤモンド薄膜を形成することが可能であった。
【００５６】
また、発明者らは、ダイヤモンド薄膜の形成条件について、形成されたダイヤモンド薄膜の表面の平滑性を向上させるため、ＣＶＤ法のプロセス条件や、基板表面のダイヤモンド生成の発生核密度を増加させるといった基板処理条件などを検討した。しかし、ＣＶＤ法で形成したダイヤモンド薄膜をそのままＸ線ミラーとして用いた場合には、十分満足できる程度の特性を得ることは困難であった。
【００５７】
このため、発明者らは、基板材料上にダイヤモンド薄膜を形成した後、ダイヤモンド薄膜の表面について、研磨などの加工を施す方法を試みた。加工方法としては、機械的加工による研磨を主に検討した。また、加工時間の短縮などを目的として、化学的研磨についても加工条件の探索を行なった。しかし、機械的加工および化学的加工のいずれの方法を用いても、ダイヤモンド薄膜の表面の加工は困難であった。
【００５８】
一方で、グラファイトをＸ線ミラーとして用いた場合には、斜入射角を非常に小さくする必要があった。そこで、ダイヤモンドライクカーボーン（ＤＬＣ）と呼ばれる材料をＸ線ミラーのＸ線の反射面に用いることを検討した。ダイヤモンドライクカーボンを用いた場合には、ダイヤモンド薄膜に近いＸ線の反射特性を得ることができた。また、ダイヤモンドライクカーボンは、ダイヤモンド薄膜の製造プロセス条件と類似したプロセス条件であって、より広い条件において薄膜を形成することが可能であった。
【００５９】
また、ここでは、シリコン基板上にＣＶＤ法で窒化硼素の薄膜を形成したＸ線ミラーも作製した。この窒化硼素の薄膜を有するＸ線ミラーについても、斜入射角１°という条件で反射特性を評価した。その結果も図２に示す。
【００６０】
図２を参照して、ダイヤモンド薄膜を有するＸ線ミラーは、Ｘ線の波長が０．６ｎｍ付近を境にして、０．６ｎｍ以下の短波長領域に属するＸ線の反射率が急激に低下している。このため、このＸ線ミラーを用いれば、０．７ｎｍ以上という波長領域のＸ線を用いていた従来のＸ線露光装置よりも、より短波長のＸ線を得られることがわかる。
【００６１】
また、窒化硼素を用いたＸ線ミラーについても、反射率が向上する波長の位置はダイヤモンドを用いたＸ線ミラーよりわずかに長波長側であるが、やはり同様に０．６ｎｍ以上の波長を有するＸ線を得ることができる。
【００６２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態１と同様に、シリコン基板上に気相合成法を用いてダイヤモンドライクカーボンの薄膜を形成することにより、Ｘ線ミラーを作製した。このダイヤモンドライクカーボンを用いたＸ線ミラーの反射特性を、本発明の実施の形態１と同様に評価した。その結果を図２に示す。
【００６３】
図２を参照して、ダイヤモンドライクカーボンを用いたＸ線ミラーの反射特性は、ダイヤモンドを用いたＸ線ミラーの反射特性と基本的には類似している。ただし、ダイヤモンドライクカーボンの平均密度は３．３２であり、ダイヤモンドの平均密度である３．５２よりわずかに低い。このため、Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角をすべてのＸ線ミラーについて１°としたこの実施の形態２における測定結果においては、ダイヤモンドライクカーボンを用いたＸ線ミラーの反射率の立上がり波長は、ダイヤモンドを用いたＸ線ミラーの場合よりも長波長側にシフトしている。
【００６４】
そして、上記のダイヤモンドやダイヤモンドライクカーボンなどのように、Ｘ線について０．４５ｎｍ未満の波長領域および０．７ｎｍ超えの波長領域の少なくともいずれか一方においてのみ吸収端を有する材料をＸ線ミラーの材料として用いれば、０．７ｎｍ以下の波長領域においてＸ線の照射強度が低下したり、変化するという問題の発生を防止できる。この結果、従来用いられていた０．７５ｎｍ程度の波長よりも短波長領域のＸ線を利用することができる。そのため、従来よりも高解像度な回路パターンを転写することが可能となる。
【００６５】
なお、比較例として炭化珪素を用いたＸ線ミラーについての反射特性データも図２に示している。図２からもわかるように、炭化珪素を用いたＸ線ミラーでは、０．６ｎｍ付近の波長領域において吸収端が存在するため、この波長領域で一度反射率が低下している。この結果、本発明によるＸ線ミラーに比べて炭化珪素を用いたＸ線ミラーは、０．７ｎｍ以下の波長領域においてＸ線の照射強度が低下することがわかる。
【００６６】
また、図２を参照して、本発明によるＸ線ミラーの材料であるダイヤモンドなどでは、０．３ｎｍ未満の波長領域のＸ線を９０％以上吸収していることがわかる。
【００６７】
このため、本発明によるＸ線ミラーを用いれば、露光光に０．３ｎｍ未満の波長を有する短波長のＸ線が混入することを、確実に防止できる。この結果、これらの短波長のＸ線による露光時のレジスト中における光電子の発生を有効に防止できる。このため、光電子による解像度の劣化を防止できる。
【００６８】
（実施の形態３）
ゲルマニウムを基板として、この基板表面にスパッタ法を用いて金属チタンの薄膜を形成することにより、Ｘ線ミラーを作製した。この金属チタンの薄膜の膜厚は約０．５μｍである。この金属チタンを用いたＸ線ミラーについて、本発明の実施の形態１と同様に反射特性を評価した。その結果を図２に示す。
【００６９】
図２を参照して、Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角を１°とした場合、この金属チタンの薄膜を用いたＸ線ミラーは、基本的には本発明の実施の形態１におけるダイヤモンド薄膜を用いたＸ線ミラーと同様の反射特性を示している。ただし、金属チタンの薄膜を用いたＸ線ミラーは、ダイヤモンド薄膜を用いたＸ線ミラーよりも長波長領域でのＸ線の反射率が低くなっている。
【００７０】
（実施の形態４）
金属、合金あるいはセラミックを基板として用い、この基板上にイオンプレーティング法を用いて窒化チタンの薄膜を形成することにより、Ｘ線ミラーを作製した。ここでは、炭化珪素を基板として用い、この炭化珪素からなる基板上に窒化チタンの薄膜を形成したＸ線ミラーについて、本発明の実施の形態１と同様に反射特性を評価した。
【００７１】
また、ベリリウムを機械的に加工することにより、Ｘ線ミラーを形成した。これらの窒化チタンを用いたＸ線ミラーとベリリウムを用いたＸ線ミラーとの反射特性の評価結果を、図２に示す。
【００７２】
図２を参照して、窒化チタンを用いたＸ線ミラーは、斜入射角を１°とした場合、チタンを用いたＸ線ミラーよりも反射率の立上がり波長が短波長側へとシフトし、かつ、チタンを用いたＸ線ミラーよりも高い反射率を示した。
【００７３】
また、ベリリウムを用いたＸ線ミラーは、０．８ｎｍ以上の波長を有するＸ線に対し、高い反射率を示した。なお、図２に示すように、他の材料と同様に、ベリリウムは反射率が低下した後、短波長領域においてはその反射率は安定している。このため、ベリリウムをＸ線ミラーの材料として用いることで、他の材料と同様に効果的に短波長領域のＸ線を除去することができる。また、０．８ｎｍ以上の波長領域における高い反射率から考えると、Ｘ線ミラーの材料としては優れた特性を有しているといえる。
【００７４】
しかし、ダイヤモンド薄膜や窒化硼素などを用いたＸ線ミラーと同様のカット波長を実現するためには、１°よりもさらに小さな斜入射角とする必要がある。このため、大きな斜入射角においては用いることができないので、Ｘ線を集光する集光ミラーとしての機能を考えた場合には、ダイヤモンド薄膜を用いたＸ線ミラーよりもトータルの特性としては劣っているといえる。そして、このベリリウムを用いたＸ線ミラーをＸ線露光装置において用いる場合に、高いスループットを実現するためには、このＸ線ミラーの枚数を増加するなどの対応が必要となると考えられる。
【００７５】
このように、短波長カット用のＸ線ミラーとして、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、窒化硼素などの表面を用い、このＸ線ミラーへのＸ線の入射角を調整することにより、従来最適露光波長であるとされていた０．７ｎｍよりも短波長の領域にピーク波長を有するＸ線を得ることができる。この結果、従来より短波長のＸ線を用いた近接露光工程に使用することができるＸ線を取出すことができる。
【００７６】
このため、従来より短波長のＸ線を露光工程に利用できるので、従来よりも高い解像度を有する回路パターンを転写することができる。また、Ｘ線の照射強度も大きくできるので、高いスループットを実現することができる。
【００７７】
また、基板材料上にダイヤモンドなどのミラー材料を形成するので、基板材料を予め球面などのＸ線ミラーとして必要な形状となるように加工しておくことができる。この結果、容易に大型でかつ複雑形状のＸ線ミラーを得ることができる。
【００７８】
また、本発明によるＸ線露光装置においては、上記のようなＸ線ミラーを用いることにより、０．３〜１．５ｎｍ程度の範囲の波長を有するＸ線を露光光として用いることが可能となる。
【００７９】
（実施の形態５）
Ｘ線ミラーの基板として炭化珪素あるいは酸化珪素を用い、この基板表面を研磨した。その後、この研磨面に電子線蒸着法を用いてルテニウムの薄膜を形成することにより、Ｘ線ミラーを作製した。また、基板の研磨面に電子線蒸着法を用いてロジウムの薄膜を形成することにより、もう１つのＸ線ミラーを作製した。そして、このルテニウムとロジウムとを用いたＸ線ミラーについて、本発明の実施の形態１と同様にＸ線についての反射特性を評価した。なお、この実施の形態５においては、斜入射角を変化させ、この斜入射角と反射特性との関係についても評価した。その結果を図３に示す。図３は、Ｘ線ミラーについてのＸ線の波長とＸ線の反射率との関係を示すグラフである。なお図３においては、比較例として白金を用いたＸ線ミラーについての反射特性の測定結果も同時に示している。
【００８０】
ここで、ルテニウムにおいては、Ｋ吸収端が０．０５６０５１ｎｍと短波長領域に存在し、Ｌ吸収端が０．４１８０ｎｍと０．４３６９ｎｍとに、またＭ吸収端が４．４３ｎｍに存在する。また、ロジウムにおいては、Ｋ吸収端が０．０５３３９２ｎｍに存在し、Ｌ吸収端が０．３６２９ｎｍ、０．３９２５ｎｍおよび０．４１２９９ｎｍに、またＭ吸収端が４．０４ｎｍに存在する。
【００８１】
このようなＬ吸収端の影響により、図３を参照して、ルテニウムを用いたＸ線ミラーおよびロジウムを用いたＸ線ミラーのいずれのデータにおいても、Ｘ線の波長が０．４ｎｍ付近という領域において、Ｘ線の反射率が変動する領域が存在する。しかし、０．４５ｎｍ以上の波長領域におけるＸ線ミラーからの反射光においては、これらの吸収端の影響は少なく、良好な特性のＸ線を得ることができる。つまり、Ｘ線について０．４５ｎｍ未満０．７ｎｍ超えの波長領域の少なくともいずれか一方においてのみ吸収端を有する材料（０．４５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の波長領域には吸収端を有さない材料）である、ルテニウムやロジウムをＸ線ミラーの材料として用いれば、０．４５ｎｍ以上という波長領域のＸ線をほとんど吸収しない本発明によるＸ線ミラーを容易に形成することができる。そして、本発明によるＸ線ミラーは、従来のＸ線ミラーよりも、０．４５ｎｍ以上の波長領域のＸ線をより確実に反射することができるので、十分なＸ線の照射強度を確保することができる。
【００８２】
そして、Ｘ線のＸ線ミラーに対する斜入射角を１．５°から１．０°へと小さくすれば、得られるＸ線のピーク波長をより短波長側へと移動させることができる。そして、このようなＸ線ミラーを用いれば、ピーク波長を０．４ｎｍ台としたＸ線を容易に得ることができる。
【００８３】
ここで、図３を参照して、比較例として示した白金は、金などと同様に、Ｋ吸収端およびＬ吸収端が０．１ｎｍ程度以下と短波長領域に位置している。しかし、この白金は、さらに０．５ｎｍ台の波長領域にＭ吸収端が存在している。
【００８４】
このため、白金を用いたＸ線ミラーの反射特性を示すグラフは、０．５ｎｍ台の波長領域において反射率が低下している。そして、０．４〜０．７ｎｍという波長領域における反射率は、本発明によるルテニウムなどを用いたＸ線ミラーよりもはるかに小さいものになっている。また、白金を用いたＸ線ミラーでは、この波長領域における反射率がいくつかのピークを有しており、露光工程において用いる露光光としてはあまり良い特性を有しているとはいえない。また、トータルのＸ線の光量も本発明によるＸ線ミラーを用いた場合よりも少なくなっていることがわかる。
【００８５】
（実施の形態６）
Ｘ線ミラーの基板として炭化珪素を用い、この炭化珪素の反射面となる面を研磨する。そして、この基板の研磨面に、電子線蒸着法を用いて銀の薄膜を形成することにより、Ｘ線ミラーを作製した。また、同様の基板を用いて、研磨面に電子線蒸着法を用いてパラジウムの薄膜を形成することにより、もう１つのＸ線ミラーを作製した。そして、これらのＸ線ミラーについて、本発明の実施の形態１と同様に、斜入射角を１°とした場合の反射特性を評価した。その結果を図４に示す。図４は、Ｘ線ミラーについてのＸ線の波長とＸ線の反射率との関係を示すグラフである。
【００８６】
図４を参照して、本発明によるＸ線ミラーである銀およびパラジウムを用いたＸ線ミラーは、およそ０．４ｎｍ付近の波長領域において反射率の立上がりを示している。そして、０．４５〜０．７ｎｍといった波長領域のＸ線については、安定した反射率をしている。このため、本発明による銀およびパラジウムを用いたＸ線ミラーを用いれば、本発明の実施の形態１〜５と同様に、従来よりも短波長領域にピーク波長を有し、Ｘ線露光工程に適するＸ線を容易に得ることができる。
【００８７】
また、比較のために示した白金を用いたＸ線ミラーの反射特性と比較してもわかるように、従来の白金を用いたＸ線ミラーよりも、本発明によるＸ線ミラーの方が、０．４５〜０．７ｎｍという波長領域のＸ線に対しては、高い反射率を示していることがわかる。
【００８８】
なお、ここでは炭化珪素を基板材料として用いたが、酸化珪素を基板材料として用いた場合にも、同様の効果を得られる。
【００８９】
（実施の形態７）
本発明のように、従来よりも短波長のＸ線を用いて微細パターンを形成する場合には、Ｘ線マスクの基板材料におけるＸ線の透過性能も重要な特性の１つである。具体的には、Ｘ線マスクの基板材料において、Ｘ線の透過性能がＸ線の波長に対する依存性を有することが問題となる。
【００９０】
すなわち、従来からＸ線マスクの基板として検討されている窒化珪素や炭化珪素などの珪素を含む材料は、薄膜中の欠陥レベルなどを含め、実用に向けた完成度は非常に高く、この点においては好ましい材料である。しかし、珪素はＸ線についての吸収端が０．７ｎｍ近辺の波長領域に存在するので、この波長領域近辺のＸ線に対して、急激な透過率の変化が発生する。この結果、本発明において使用しようとする短波長領域のＸ線を露光光として用いる場合には、従来の珪素を含む材料はＸ線マスクの基板として用いるには適しているとは言えなかった。
【００９１】
このため、発明者らは、珪素を含有しない薄膜をＸ線マスクの基板として用いることを検討した。具体的には、カーボンを主原料とする材料、窒化硼素およびベリリウムなどの軽元素で構成された薄膜を用いることを検討した。上記した材料はいずれも１．５ｎｍ以下の波長において吸収端が存在せず、Ｘ線に対する良好な透過性能を示す。特に、ダイヤモンドはヤング率についても炭化珪素の２倍以上の値を示すなど、Ｘ線マスクの基板としての特性は極めて優れている。
【００９２】
また、ベリリウム薄膜は、Ｘ線の透過性能は極めて優れているものの、アライメント用の光についての透過性がなく、熱膨張係数も大きかった。このため、ベリリウム薄膜は、Ｘ線を用いた近接露光技術においては、Ｘ線マスクの基板としてほとんど検討されていなかった。
【００９３】
しかし、現在開発が進められている減圧ヘリウム雰囲気などの熱放散性のよい露光環境を用いること、およびフラッシュ露光のような大面積一括露光方式を用いることなどの条件下においては、露光工程におけるＸ線マスクの温度上昇は極めて小さいことがわかった。特に、熱線吸収用のダイヤモンド窓やベリリウム窓をＸ線露光装置において用いた場合には、Ｘ線マスクの温度上昇はほとんど無視し得る程度であった。この結果、ベリリウム薄膜の熱膨張係数が大きいという問題は、大きな障害とはならないことがわかった。
【００９４】
また、Ｘ線マスクのアライメント方式として、Ｘ線マスクを通して半導体ウェハ上に形成されたマークを検出するというような方式以外のアライメント方法、たとえばグローバルアライメント方式を用いる場合には、ベリリウム薄膜における光の透過性が悪いということは問題とならない。ここで、グローバルアライメント方式とは、たとえば、まずＸ線マスクとＸ線マスクのホルダとの位置を予め調整する。そして、ホルダと半導体ウェハとの位置を調節する。そして、露光ショットごとにＸ線マスクのアライメントは行なわず、ホルダの移動を精密に制御することにより、Ｘ線マスクと半導体ウェハとの位置合せを行なう方法などが該当する。
【００９５】
また、窒化硼素は、硬度や熱膨張係数の値などから考えると、ベリリウム薄膜よりもＸ線マスクの基板として優れている。しかし、ベリリウム薄膜と同様、アライメントに用いる光を透過する膜を形成することが困難であったため、従来はＸ線マスクの基板材料としては検討されていなかった。しかし、ベリリウム薄膜の場合と同様に、グローバルアライメント方式を用い、半導体ウェハを保持するステージの位置精度の高精度化が進められた結果、この窒化硼素もＸ線マスクの基板材料として用いることが可能であることがわかった。また、窒化硼素は、本発明において露光光として用いるＸ線の０．５ｎｍという波長領域において、吸収端が存在しない優れた材料であることも明らかになった。すなわち、これらの材料は、本発明によるＸ線露光装置においては、Ｘ線マスクの基板材料として適用することが可能である。
【００９６】
このように、本発明によるＸ線露光装置において用いるＸ線マスクのメンブレン材料（ベリリウム、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、窒化硼素）について、Ｘ線の透過特性を評価した。その結果を図５に示す。
【００９７】
図５は、メンブレン材料についてのＸ線の波長とＸ線の透過率との関係を示すグラフである。また、比較のため、従来からＸ線マスクのメンブレンとして用いられる炭化珪素についても、同様にＸ線の透過特性を示した。図５を参照して、本発明によるＸ線マスクのメンブレン材料は、従来用いられていた炭化珪素よりも、０．４５〜０．７ｎｍという波長領域において優れたＸ線の透過率を示すことがわかる。
【００９８】
なお、各種材料についてのＸ線の透過特性の評価は、何点かの波長に対してトータル光量の測定を行ない、透過率のＸ線波長に対する依存性についての詳細な検討はシミュレーションにより行なった。
【００９９】
（実施の形態８）
以下、本発明によるＸ線ミラーを既存のＸ線露光装置に挿入することによっても、短波長領域のＸ線を確実にカットすることができるという効果を得ることが可能であることを説明する。
【０１００】
従来のＸ線露光装置の系として、臨界波長が０．７ｎｍというシンクロトロン放射源と、２枚の金を含むＸ線ミラーと、厚さ２０μｍのベリリウム窓とを備える系を考える。このシンクロトロン放射源から出射したＸ線は、斜入射角１．４°という条件で金を含むＸ線ミラーにおいて反射される。そして、その後、ベリリウム窓を透過することにより、長波長成分をカットする。このようにして得られるＸ線のスペクトルを図６に示す。図６は、Ｘ線の波長とＸ線の相対強度との関係を示すグラフである。図６を参照して、図中の実線で示したグラフは上記の従来のＸ線露光装置において得られるＸ線のスペクトルを示す。
【０１０１】
このような従来のＸ線露光装置に、まずダイヤモンドを含む本発明によるＸ線ミラーを、斜入射角が１°となる条件で挿入する。ここでは、本発明によるＸ線ミラーを１枚挿入した場合と、２枚挿入した場合との両方の場合について、Ｘ線のスペクトルをそれぞれ示している。
【０１０２】
図６からもわかるように、従来の系においてベリリウム窓を透過した後も残存していた０．５５ｎｍ以下の短波長成分が、本発明によるＸ線ミラーを挿入することにより、ほとんどカットされていることがわかる。そして、本発明によるＸ線ミラーを２枚追加した場合には、本発明によるＸ線ミラーを１枚追加した場合に比べて、全体のＸ線の強度は若干弱くなるものの、ピーク波長をほぼ一定にしたまま、０．５５ｎｍ以下の波長領域のＸ線の強度をより低減させることが可能であることがわかる。
【０１０３】
（実施の形態９）
以下、本発明によるＸ線ミラーを用いて、露光に用いるＸ線のピーク波長を連続的に変更することが可能であることを説明する。
【０１０４】
ここで、Ｘ線露光装置の系として、本発明の実施の形態８において検討したＸ線露光装置の系と同様の系を考える。ただし、本発明の実施の形態９においては、実施の形態８における系と異なり、金を用いたＸ線ミラーは用いず、始めから本発明によるダイヤモンドを用いたＸ線ミラーを２枚用いる。そして、この２枚のＸ線ミラーに対するＸ線の斜入射角を０．６〜１．５°と変化させた場合の、ベリリウム窓を透過した後のＸ線のスペクトルを図７に示す。ここで、図７は、Ｘ線の波長とＸ線の相対強度との関係を示すグラフである。
【０１０５】
図７を参照して、Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角を調節することにより、得られるＸ線のピーク波長を連続的に変化させることができる。
【０１０６】
（実施の形態１０）
本発明の実施の形態８および９におけるＸ線ミラーの制御方法において、Ｘ線の光軸の方向を変えることなく、Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角を変更することが可能なシステムについて説明する。
【０１０７】
図８は、本発明によるＸ線ミラーを２枚用いた系での制御方法を示す模式図である。図８を参照して、Ｘ線１０は、１段目Ｘ線ミラー１１に対して斜入射角αで入射している。そして、１段目Ｘ線ミラー１１において反射されたＸ線１０は、２段目Ｘ線ミラー１２にやはり斜入射角αで入射し、反射される。
【０１０８】
このときの１段目Ｘ線ミラー１１と２段目Ｘ線ミラー１２とのｘ軸方向の距離をＬα、ｙ軸方向の距離をＤとする。なお、１段目Ｘ線ミラー１１は、設置位置が固定されており、紙面に垂直な軸を中心とした回転機能を備える。また、２段目Ｘ線ミラー１２は、ｘ軸方向に移動可能であり、かつ、１段目Ｘ線ミラー１１と同様に、紙面に垂直な軸を中心とした回転機能を有する。図８に示すように、１段目Ｘ線ミラー１１と２段目Ｘ線ミラー１２とにおけるＸ線１０の斜入射角を同一にすることにより、２段目Ｘ線ミラー１２から出射するＸ線１０の光軸は、１段目Ｘ線ミラー１１に入射するＸ線１０の光軸とほぼ平行となる。
【０１０９】
次に、１段目Ｘ線ミラー１１に対するＸ線１０の斜入射角をβとαより大きくした場合には、１段目Ｘ線ミラー１１と２段目Ｘ線ミラー１２とのｘ軸方向の距離をＬβとし、２段目Ｘ線ミラー１２におけるＸ線の斜入射角をβとすることにより、やはり２段目Ｘ線ミラー１２から出射するＸ線１０の光軸を１段目Ｘ線ミラー１１に入射するＸ線１０の光軸とほぼ平行とすることができる。
【０１１０】
このとき
【０１１１】
【数１】
2000338299.tif 000001
【０１１２】
という関係が成り立つ。
このため、Ｘ線１０の光軸の方向を変更すること無く、本発明の実施の形態９と同様にＸ線のピーク波長を連続的に変化させることが可能となる。
【０１１３】
（実施の形態１１）
図９は、本発明によるＸ線ミラーを３枚用いた系の制御方法を示す模式図である。１段目Ｘ線ミラー１１と２段目Ｘ線ミラー１２とのｘ軸方向の距離はＬという一定値である。また、２段目Ｘ線ミラー１２と３段目Ｘ線ミラー１３とのｘ軸方向の距離も同様にＬという一定値である。１段目Ｘ線ミラー１１は、位置が固定されており、紙面に垂直な軸を中心とした回転機能を有する。２段目Ｘ線ミラー１２は、ｙ軸方向に平行移動する機能を有している。３段目Ｘ線ミラー１３は、１段目Ｘ線ミラー１１と同様に紙面に垂直な軸を中心とした回転機能を備えている。
【０１１４】
Ｘ線１０が１段目Ｘ線ミラー１１に入射する際の斜入射角がαの場合、１段目Ｘ線ミラー１１と２段目Ｘ線ミラー１２との間のｙ軸方向の距離をＤαとする。そして、３段目Ｘ線ミラー１３へのＸ線１０の斜入射角がαとなるように、３段目Ｘ線ミラー１３の角度を制御する。この結果、３段目Ｘ線ミラー１３から出射するＸ線１０の光軸と１段目Ｘ線ミラー１１に入射するＸ線１０の光軸とをほぼ同一とすることができる。ただし、２段目Ｘ線ミラー１２に対するＸ線１０の斜入射角は２αとなる。
【０１１５】
次に、１段目Ｘ線ミラー１１に対するＸ線１０の斜入射角がβとなるように１段目Ｘ線ミラー１１を回転させた場合を考える。この場合、２段目Ｘ線ミラー１２をｙ軸方向に平行移動させる。また、３段目Ｘ線ミラー１３において、Ｘ線１０の斜入射角がβとなるように３段目Ｘ線ミラー１３を回転させることにより、先ほどと同様に３段目Ｘ線ミラー１３から出射するＸ線１０の光軸と１段目Ｘ線ミラー１１に入射するＸ線１０の光軸とをほぼ同一とすることができる。
【０１１６】
このように、Ｘ線１０の光軸を同一としたまま、Ｘ線ミラー１１、１２、１３に対するＸ線の斜入射角を任意に選択することが可能となる。このとき、
【０１１７】
【数２】
2000338299.tif 000002
【０１１８】
という関係が成り立つ。
ここで、１段目Ｘ線ミラー１１および３段目Ｘ線ミラー１３としてベリリウムを、２段目Ｘ線ミラー１２として窒化チタンをそれぞれ用いたＸ線ミラーを使用する場合に得られるＸ線のスペクトルを図１０に示す。なお、Ｘ線露光装置の系としては、本発明の実施の形態８および９と同様に、光源として臨界波長０．７ｎｍのシンクロトロン放射源、Ｘ線取出窓として厚さ２０μｍのベリリウム窓を用いた系を考える。
【０１１９】
図１０は、本発明の実施の形態１１におけるＸ線露光装置の系において得られるＸ線の波長とＸ線の相対強度との関係を示すグラフである。
【０１２０】
図１０を参照して、１段目Ｘ線ミラー１１（図９参照）および３段目Ｘ線ミラー１３（図９参照）における斜入射角を０．５〜０．７５°という範囲で０．０５°ピッチで変化させる。そして、この変化に対応するように、２段目Ｘ線ミラー１２（図９参照）については、１．０〜１．５°という範囲を０．１°ピッチで変化させている。図１０からもわかるように、Ｘ線のピーク波長を連続的に変化させることが可能であることがわかる。
【０１２１】
（実施の形態１２）
図１１は、本発明によるＸ線ミラーを４枚用いた系での制御方法を示す模式図である。図１１を参照して、４枚のＸ線ミラーを用いてＸ線１０の光軸を変えることなく、Ｘ線ミラーに対するＸ線の斜入射角を変更することが可能なシステムについて説明する。
【０１２２】
図１１を参照して、１段目Ｘ線ミラー１１と、ｘ軸方向に一定の距離Ｌだけ離れた位置に２段目Ｘ線ミラー１２が設置されている。３段目Ｘ線ミラー１３は、２段目Ｘ線ミラー１２からｘ軸方向にＬ′だけ離れた位置に設置されている。４段目Ｘ線ミラー１４は、３段目Ｘ線ミラー１３からｘ軸方向に一定の距離Ｌだけ離れた位置に設置されている。１段目Ｘ線ミラー１１と４段目Ｘ線ミラー１４とは、位置が固定されており、紙面に垂直な軸を中心とした回転機能を備える。２段目Ｘ線ミラー１２と３段目Ｘ線ミラー１３とは、紙面に垂直な軸を中心とする回転機能の他、ｙ軸方向に移動する機能を備える。
【０１２３】
１段目Ｘ線ミラー１１におけるＸ線１０の斜入射角がαの場合、２段目Ｘ線ミラー１２、３段目Ｘ線ミラー１３、４段目Ｘ線ミラー１４のいずれにおいてもＸ線の斜入射角がαとなるようにＸ線ミラー１２、１３、１４の回転角度および位置を調節する。このときの１段目Ｘ線ミラー１１と２段目Ｘ線ミラー１２とのｙ軸方向における距離をＤαとする。この結果、１段目Ｘ線ミラー１１に入射するＸ線１０の光軸と４段目Ｘ線ミラー１４から出射するＸ線１０の光軸とはほぼ同一となる。
【０１２４】
次に、１段目Ｘ線ミラー１１におけるＸ線１０の斜入射角がβとなるように１段目Ｘ線ミラー１１を回転させる。このとき、２段目Ｘ線ミラー１２と３段目Ｘ線ミラー１３とをｙ軸方向に平行移動させる。また、同時に、２段目Ｘ線ミラー１２と３段目Ｘ線ミラー１３とにおけるＸ線の斜入射角がβとなるように、それぞれのＸ線ミラー１２、１３を回転する。そして、４段目Ｘ線ミラー１４においても、Ｘ線の斜入射角がβとなるように４段目Ｘ線ミラーを回転させることにより、先ほどと同様に４段目Ｘ線ミラー１４から出射するＸ線１０の光軸と１段目Ｘ線ミラー１１に入射するＸ線１０の光軸とをほぼ同一とすることができる。すなわち、Ｘ線１０の光軸を保ったまま、Ｘ線ミラー１１〜１４に対するＸ線の斜入射角を任意に選択することが可能となる。このとき、
【０１２５】
【数３】
2000338299.tif 000003
【０１２６】
という関係が成り立つ。
このため、Ｘ線１０の光軸を変更すること無く、本発明の実施の形態１１と同様にＸ線のピーク波長を連続的に変化させることが可能となる。
【０１２７】
（実施の形態１３）
図１２は、本発明によるＸ線ミラーを４枚用いたもう１つの系での制御方法を示す模式図である。
【０１２８】
図１２を参照して、１段目Ｘ線ミラー１１から、ｘ軸方向にＬαだけ間隔を隔てて２段目Ｘ線ミラー１２が設置されている。２段目Ｘ線ミラー１２からｘ軸方向にＬβだけ間隔を隔てて３段目Ｘ線ミラー１３が設置されている。３段目Ｘ線ミラー１３からｘ軸方向にＬαだけ間隔を隔てて４段目Ｘ線ミラー１４が設置されている。なお、それぞれのＸ線ミラーの間の距離は、それぞれのＸ線ミラーでの反射中心の間の距離を示す。
【０１２９】
ここで、１段目Ｘ線ミラー１１は、その位置および回転角度も固定されている。２段目Ｘ線ミラー１２と３段目Ｘ線ミラー１３とはそれぞれ紙面に対して垂直な軸を中心とした回転機能と、ｘ軸方向における移動機能を備える。４段目Ｘ線ミラー１４は回転角が一定であり、ｘ軸方向における移動機能を備えている。
【０１３０】
ここで、１段目Ｘ線ミラー１１と４段目Ｘ線ミラー１４とにおけるＸ線の斜入射角を一定値のαとする。なお、この斜入射角αは、Ｘ線ミラー１１、１４でのＸ線の吸収を抑制するため極力小さい値とする。次に、２段目Ｘ線ミラー１２と３段目Ｘ線ミラー１３とにおけるＸ線の斜入射角をβ（β＞α）とする。また、２段目Ｘ線ミラー１２と３段目Ｘ線ミラー１３とのｙ軸方向における距離を一定値Ｄとする。このようにすると、
【０１３１】
【数４】
2000338299.tif 000004
【０１３２】
という関係が成り立つ。そして、上記の関係が維持されるように、斜入射角β、Ｘ線ミラー間の距離Ｌα、Ｌβをそれぞれ調節する。
【０１３３】
ここで、斜入射角αを非常に小さい角度とすることで、１段目Ｘ線ミラー１１および４段目Ｘ線ミラー１４におけるＸ線１０の減衰がほとんどない状態とすることができる。また、４段目Ｘ線ミラー１４から出射するＸ線１０の光軸と１段目Ｘ線ミラー１１に入射するＸ線１０の光軸とをほぼ同一とした状態で、２段目Ｘ線ミラー１２および３段目Ｘ線ミラー１３におけるＸ線１０の斜入射角βを任意に調節することができる。このため、本発明の実施の形態１３における制御方法では、本発明の実施の形態１２と同様に効果を得ることができると同時に、本発明の実施の形態１２よりもＸ線の減衰量を小さくすることができる。
【０１３４】
つまり、Ｘ線１０の光軸を変化させることなく、任意のピーク波長を有するＸ線を得ることができる。ここで、図１２に示した系において、１段目から４段目までのすべてのＸ線ミラー１１〜１４にベリリウムを用いたＸ線ミラーを適用した場合に得られるＸ線のスペクトルを、図１３に示す。図１３は、本発明の実施の形態１３におけるＸ線の波長とＸ線の相対強度との関係を示すグラフである。
【０１３５】
なお、図１３は、１段目Ｘ線ミラー１１および４段目Ｘ線ミラー１４における斜入射角αは０．５°とし、２段目Ｘ線ミラー１２と３段目Ｘ線ミラー１３とにおけるＸ線の斜入射角を０．５〜１．０°という範囲で変化させた場合のＸ線のスペクトルを示している。また、その他のＸ線露光装置の構成は、本発明の実施の形態８もしくは実施の形態９において用いた系と同様である。
【０１３６】
図１３を参照して、Ｘ線のピーク波長を連続的に変更することが可能であることがわかる。
【０１３７】
このように、Ｘ線のピーク波長を任意に変更できるので、用いるＸ線マスクや要求される解像度、また使用するレジストの性質などにより適した波長のＸ線を使用することができる。
【０１３８】
（実施の形態１４）
図１４は、本発明によるＸ線マスクを示す断面模式図である。図１４を参照して、Ｘ線マスクを説明する。
【０１３９】
図１４を参照して、Ｘ線マスクは基板１５とダイヤモンドメンブレン１６と重元素であるモリブデンの薄膜１７ａ〜１７ｃおよび軽元素であるカーボンの薄膜１８ａ、１８ｂからなるＸ線吸収体とガードリング１９とを備える。基板１５上にダイヤモンドメンブレン１６が形成されている。ダイヤモンドメンブレン１６上にＸ線吸収体としてモリブデン薄膜１７ａ〜１７ｃとカーボン薄膜１８ａ、１８ｂとがそれぞれ互いに積層するように形成されている。このＸ線吸収体には、転写パターン２０が形成されている。転写パターン２０の下に位置する領域には、基板１５に窓部２１が形成されている。窓部２１においてはダイヤモンドメンブレン１６の裏面が露出している。基板１５下にはガードリング１９が設置されている。ここで、Ｘ線吸収体に形成された転写用パターン２０は、電子線描画を用いて形成されたレジストパターンをマスクとしてＸ線吸収体をエッチングすることにより形成されている。
【０１４０】
ここで、Ｘ線吸収体の積層数およびそれぞれの層の厚さは、要求される遮光量、すなわち必要なマスクコントラストに応じて決定される。たとえば、低コントラストマスクとする場合には、図１４に示したように積層数を５層と比較的少なくする。一方、高コントラストとする場合には、積層数を２０層と多くする。なお、積層数は２以上ならばその他の積層数でも同様の効果を得ることができる。
【０１４１】
ここで、Ｘ線を用いた露光工程においてＸ線吸収体が遮光しなければならないＸ線の波長領域は、０．５〜１５．ｎｍと広い領域に及ぶ。このため、従来のように単一の材料でＸ線吸収体を形成する場合に、遮光が必要な波長領域のすべてを十分に遮光するためには、Ｘ線吸収体の膜厚を厚くする必要があった。この結果、転写用パターン２０におけるアスペクト比が大きくなり、微細なパターンを形成する場合には不利であった。
【０１４２】
なお、従来からＸ線マスクにおけるＸ線の吸収体として提案されている重金属やその化合物、合金などは、本発明において利用しようとする短波長領域のＸ線に対しても高い吸収能を有している。そのため、Ｘ線吸収体を構成する材料としてこれらのタングステンなどの材料を用いることは原理的には可能である。
【０１４３】
また、発明者らは、波長が０．５〜１．５ｎｍというＸ線を遮光するため、多層膜の積層厚さを異ならせた複数のＸ線吸収体を備えるＸ線マスクを試作した。この結果、積層厚さを調節することにより、波長ごとの遮光量、すなわちコントラストを変えることが可能であった。つまり、積層厚さを調節することによりＸ線の各波長ごとのコントラストを変えることができる。そして、この結果、高い解像度を有する回路パターンを転写する場合により適したコントラストを有するＸ線マスクの設計が可能となった。
【０１４４】
なお、図１４に示したＸ線マスクでは、重元素としてモリブデンを、軽元素としてカーボンを用いたが、重元素としてモリブデンを、軽元素としてベリリウムを用いたＸ線マスクを用いても同様の効果を得ることができる。
【０１４５】
また、メンブレンとしてダイヤモンド薄膜を用いているので、従来の炭化珪素などをメンブレンとして用いた場合のように、波長が０．６ｎｍ近辺のＸ線をメンブレンが吸収するというようなことを防止できる。
【０１４６】
このような本発明によるＸ線マスクを、実施の形態１などに示した本発明によるＸ線露光装置におけるＸ線マスクとして用いれば、従来よりも短波長領域のＸ線を利用して、露光工程を行うことができる。
【０１４７】
このように、Ｘ線遮光体として作用する多層膜からなるＸ線吸収体を用いるので、Ｘ線吸収体の膜厚が厚くなることに起因して転写用回路パターンのアスペクト比が増大するという問題を解決することが可能となった。この結果、ピーク波長が０．５ｎｍ付近の短波長Ｘ線を用いて露光工程を行なうことが可能となった。つまり、Ｘ線を用いた近接露光工程の解像限界の決定要因であるフレネル回折による解像限界を従来よりも微細なサイズ領域にまで拡大することが可能となった。この結果、従来よりもより高い解像度の回路パターンを転写することができる。
【０１４８】
（実施の形態１５）
発明者らは、メンブレンとしてベリリウムを用い、重元素をロジウム、軽元素をベリリウムとしたＸ線マスクを作製した。このＸ線マスクの構造は、基本的には図１４に示したＸ線マスクと同様である。また、ここでベリリウムからなるメンブレンは、イオンビームスパッタ法を用いて形成した。また、本発明の実施の形態１４と同様にＸ線吸収体に転写パターンを形成した後、基板として用いたシリコンウェハを裏面よりエッチングにより除去することにより、窓２１（図１４参照）を形成した。
【０１４９】
このように、重元素としてロジウムを、軽元素としてベリリウムを用いたＸ線マスクによっても、本発明の実施の形態１４に示したＸ線マスクと同様の効果を得ることができる。
【０１５０】
なお、ここで、タンタル系材料やタングステン系材料などをＸ線吸収体として用いたＸ線マスクも、本発明によるＸ線露光装置において使用することができる。
【０１５１】
（実施の形態１６）
図１５は、Ｘ線吸収体として用いられる材料についてのＸ線の波長とＸ線の透過率との関係を示すグラフである。なお、図中の凡例において、たとえば、Ｒｅ（２１．０２）０．５μｍとあるのは、試料としてＲｅを用い、この試料の密度が２１．０２ｇ／ｃｍ3であり、試料の膜厚が０．５μｍであること示す。
【０１５２】
ここで、本発明の実施の形態８、９、１１、１３などのように、Ｘ線のピーク波長を短波長化した場合には、従来からＸ線吸収体として用いられているタングステンやタンタル系の材料におけるＸ線の透過率は低下する。
【０１５３】
図１５を参照して、Ｘ線のピーク波長を０．４〜０．６ｎｍに設定すれば、従来のようにピーク波長が０．８ｎｍ付近である場合と比較して、Ｘ線の透過率は０．１〜０．５倍となる。すなわち、従来と同様のマスクコントラストを得るために必要なＸ線吸収体の厚さを０．１〜０．５倍にすることが可能となる。つまり、図１５に示した材料をＸ線吸収体としてのＸ線吸収体に用いれば、Ｘ線吸収体の膜厚を薄くすることが可能であることがわかる。この結果、Ｘ線マスクにおける転写用回路パターンのアスペクト比をより小さくすることができるので、Ｘ線マスクにおける転写用回路パターンの微細化をより進めることが可能となる。
【０１５４】
なお、本発明の実施の形態２〜１６に示したＸ線ミラーおよびＸ線マスクを本発明の実施の形態１に示したＸ線露光装置に適用することができる。
【０１５５】
（実施の形態１７）
図１６は、本発明によるシンクロトロン放射装置を適用したＸ線露光システムの概略図である。図１６を参照して、シンクロトロン放射装置およびＸ線露光システムを説明する。
【０１５６】
図１６を参照して、シンクロトロン放射装置は、シンクロトロン放射源１と、平面ミラーであるＸ線ミラー３ａ〜３ｃと、集光ミラー２２と、拡大ミラー２３と、を備える。そして、Ｘ線露光システムは、上記のシンクロトロン放射装置とＸ線マスク６とを備える。Ｘ線ミラー３ａ〜３ｃはベリリウムからなる。集光ミラー２２および拡大ミラー２３は、それぞれロジウムからなる。ここで、シンクロトロン放射装置はＸ線放射装置として用いられている。
【０１５７】
シンクロトロン放射源１から出射した放射光２ａは、図１６に示すように、Ｘ線ミラー３ａ〜３ｃ、集光ミラー２２および拡大ミラー２３の順番に入射し、最終的にはＸ線マスク６を介してレジストが塗布されている半導体ウェハ９に照射される。
【０１５８】
Ｘ線ミラー３ａ〜３ｃの配置は、図９に示した本発明によるＸ線ミラーの実施の形態１１と同様である。そして、数２で示した数式を満足するようにその配置は決定されている。このため、本発明の実施の形態１１と同様に、Ｘ線ミラー３ｃから出射する反射光である放射光の光軸は、シンクロトロン放射源１から出射した放射光２ａの光軸とほぼ重なることになる。また、本発明の実施の形態１１と同様に、Ｘ線ミラー３ａ〜３ｃの位置やＸ線ミラー３ａ〜３ｃへの放射光の斜入射角α（図９参照）を変更する場合にも、数２で示した数式を満足するように斜入射角αなどを決定すれば、Ｘ線ミラー３ｃから出射する放射光の光軸を、シンクロトロン放射源１から出射した放射光２ａの光軸とほぼ重なる位置に保つことができる。この結果、Ｘ線ミラー３ａ〜３ｃにおける放射光の斜入射角αを変更した場合にも、集光ミラー２２に入射する放射光の光軸の位置を一定に保つことができる。
【０１５９】
ここで、Ｘ線ミラー３ａ〜３ｃを構成するベリリウムは、吸収端波長が１１．１ｎｍである。そして、ベリリウムはこの１１．１ｎｍより短波長側の波長領域において吸収端を有さない。このため、ベリリウムからなるＸ線ミラー３ａ〜３ｃへの放射光の斜入射角を変更することにより、図１３に示したように、０．４５〜０．７ｎｍという波長領域において、任意のピーク波長を有するＸ線を得ることができると同時に、任意の波長より短波長領域のＸ線を吸収カットすることが可能である。
【０１６０】
次に、Ｘ線ミラー３ｃから出射した放射光は、集光ミラー２２および拡大ミラー２３に入射する。ここで、シンクロトロン放射源１から出射する放射光２ａは、水平方向における出射角は比較的大きいが、垂直方法における出射角は比較的小さい。このため、Ｘ線ミラー３ａ〜３ｃから出射する放射光をそのままＸ線マスク６に照射して露光工程を実施する場合には、垂直方向において十分な照射領域を確保することが難しい。このような問題を解決するため、拡大ミラー２３では、放射光を反射する面が凸面状となっている。この結果、拡大ミラー２３から出射する放射光２ｂの垂直方向における照射領域を拡大することができる。なお、ここでは拡大ミラー２３として放射光を反射する面が凸面状になっているものを用いているが、このような拡大ミラーに代えて、ミラーを回転振動、あるいは平行振動させることによりミラーから出射する放射光２ｂの垂直方向における照射領域を拡大する、いわゆるミラースキャン方式の拡大ミラーを用いてもよい。
【０１６１】
また、放射光２ａの水平方向における出射角が比較的大きいことから、Ｘ線ミラー３ａ〜３ｃから出射する放射光をそのまま露光工程に用いたのでは、十分な照射強度を得ることも難しかった。このような問題を解決するため、集光ミラー２２では放射光を反射する面が凹面状となっている。この結果、集光ミラー２２が存在しない場合にはＸ線マスク６に入射しないような大きな出射角における放射光について、Ｘ線マスク６に入射するようにその放射光の進行方向を変更することができる。このため、Ｘ線マスク６に入射する放射光の照射強度を高めることができる。
【０１６２】
次に、拡大ミラー２３から出射した放射光２ｂはＸ線マスク６に照射される。Ｘ線マスク６は、図１７に示すように、ガードリング１９とダイヤモンドメンブレン１６とＸ線吸収体２４からなる転写用パターン２０とを備える。転写用パターン２０は、ダイヤモンドメンブレン１６の裏面が露出している窓部２１上に位置する領域に形成されている。ここで、図１７は、図１６におけるＸ線マスクと半導体ウェハとを示す部分拡大断面図である。図１７を参照して、ダイヤモンドメンブレン１６の膜厚は１μｍとした。また、Ｘ線吸収体２４の材料としては、本発明の実施の形態１４におけるＸ線マスクのＸ線吸収体と同様の材料を用いることができる。そして、Ｘ線マスク６を透過した放射光２ｂは、表面にレジストが塗布された半導体ウェハ９に照射され、レジストを感光する。このようにして、レジストにＸ線マスク６の転写用パターン２０が転写される。
【０１６３】
ここで、集光ミラー２２および拡大ミラー２３を構成するロジウムは、図３に示したように、斜入射角が１．０°以下という条件で、波長がほぼ０．４５ｎｍ以上の放射光を反射することができる。このため、集光ミラー２２および拡大ミラー２３への放射光の斜入射角を１．０°以下とすることにより、０．４５ｎｍ以上の波長領域の放射光を確実に得ることができる。
【０１６４】
また、本発明によるシンクロトロン放射装置およびＸ線露光システムでは、Ｘ線ミラー３ａ〜３ｃ、集光ミラー２２および拡大ミラー２３は超高真空環境下に設置されている。一方、Ｘ線マスク６および半導体ウェハ９は大気圧環境下、若しくは減圧されたヘリウム雰囲気中あるいは空気中に設置される。このため、拡大ミラー２３とＸ線マスク６との間には真空隔壁となるＸ線透過窓（図示せず）が設置される。このＸ線透過窓の材料としてはベリリウムが用いてもよい。このベリリウムは０．４５〜０．７ｎｍの波長領域において吸収端を有さない。このため、ベリリウム膜を用いたＸ線透過窓は上記のような波長領域のＸ線を効率よく透過させることができる。このように、Ｘ線透過窓の材質としても、ベリリウムのような０．４５ｎｍ未満の波長領域および０．７ｎｍ超えの波長領域の少なくともいずれか一方においてのみ吸収端を有する材料、つまり０．４５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の波長領域において吸収端を有さない材料を用いることが好ましい。ただし、Ｘ線透過窓におけるＸ線が透過する部分の膜厚を十分薄くできる場合には、上記以外の材料を用いてもよい。
【０１６５】
また、本発明によるシンクロトロン放射装置およびＸ線露光システムでは、Ｘ線マスク６のメンブレンとしてダイヤモンドメンブレン１６を用いている。このダイヤモンドメンブレンを構成する炭素の吸収端波長は４．３６８ｎｍであり、この４．３６８ｎｍより短波長領域において炭素は吸収端を有さない。一方、従来メンブレンとして用いられていた炭化珪素は、０．４５ｎｍから０．７ｎｍの波長領域に吸収端を有しているため、図５に示すように、上記波長領域においてＸ線の透過率が低下する。このことから、従来の炭化珪素を用いたメンブレンと比べて、ダイヤモンドメンブレン１６では、放射光に含まれる０．４５ｎｍから０．７ｎｍの波長領域のＸ線の透過率をより大きくできることがわかる。このように、図１７に示したようなＸ線マスクを用いることにより、０．４５ｎｍ〜０．７ｎｍまでの波長領域における放射光（Ｘ線）２ｂを有効に利用できる。
【０１６６】
このように、本発明によるシンクロトロン放射装置およびＸ線露光システムでは、０．４５ｎｍ〜０．７ｎｍという波長領域の放射光（Ｘ線）を得ることができ、かつ、Ｘ線ミラー３ａ〜３ｃでのＸ線の斜入射角を調節することにより、０．４５ｎｍ〜０．７ｎｍの波長領域における任意の波長より短波長側の放射光成分をカットできる。上記のような短波長側の放射光成分は、半導体ウェハに塗布されたレジスト中で光電子を発生させるため、レジストに転写される転写パターンの解像度を低下させる原因となる。しかし、本発明によれば、このような短波長側の放射光成分を確実に吸収カットできるので、レジストに転写される転写パターンについて高い解像度を確実に得ることができる。
【０１６７】
また、図１６に示したシンクロトロン放射装置およびＸ線露光システムにおいて、Ｘ線ミラー３ａ〜３ｃに代えて２枚のベリリウムからなるＸ線ミラーを用いてもよい。この２枚のＸ線ミラーは、図８に示した本発明の実施の形態８におけるＸ線ミラーと同様の構成であってもよい。この場合、本発明の実施の形態８と同様の効果を得ることができる。そして、この２枚のベリリウムからなるＸ線ミラーにおける放射光の斜入射角α（図８参照）を０．５°（入射角を８９．５°）に固定し、ロジウムからなる集光ミラー２２および拡大ミラー２３（図１６参照）における放射光の斜入射角を１．０°から２．４°にまで変化させた場合の、拡大ミラー２３から出射される放射光のスペクトルは図１８に示される。ここで、図１８は、ベリリウムからなるミラーとロジウムからなるミラーとを備えるＸ線露光システムにおいて得られるＸ線の波長と相対強度との関係を示すグラフである。
【０１６８】
ここで、ロジウムは、０．３６２９ｎｍ、０．３９４２５ｎｍ、０．４１２９９ｎｍに吸収端を有し、ロジウムは０．４５ｎｍから０．７ｎｍという波長領域に吸収端を有さない。このため、ロジウムからなるミラーを用いれば、０．４５ｎｍから０．７ｎｍという波長領域においてＸ線が急激に吸収されることに起因してＸ線のスペクトルが乱れることはない。この結果、図１８に示すように、ロジウムからなるミラーの斜入射角を変更しても、安定した滑らかな曲線状のスペクトルを示すＸ線を得ることができる。
【０１６９】
ここで、比較例として、上記のようなシンクロトロン放射装置およびＸ線露光システムにおいて上記ロジウムからなるミラーに代えて白金からなるミラーを用いた場合に得られるＸ線のスペクトルを図１９に示す。図１９は、ベリリウムからなるミラーと白金からなるミラーとを備えるシンクロトロン放射装置およびＸ線露光システムにおいて得られるＸ線の波長と相対強度との関係を示すグラフである。図１９は、ベリリウムからなるミラーの斜入射角を０．４°あるいは０．５°（入射角を８９．６°あるいは８９．５°）とし、白金からなるミラーの斜入射角を０．４°から２．０°（入射角を８９．６°から８８°）まで変化させた場合のデータを示している。白金は、０．４０９３ｎｍ、０．４６８６ｎｍ、０．５５９ｎｍ、０．５８１ｎｍに吸収端を有するため、図１９に示すように、吸収端に対応する波長においてＸ線の強度が低下している。そして、白金からなるミラーの斜入射角を変化させた場合にも、０．４５ｎｍから０．７ｎｍという波長領域において、このように吸収端に対応する波長でＸ線の強度が低下している。
【０１７０】
このように、図１８および図１９を参照して、本発明によるロジウムからなるＸ線ミラーを用いた場合には、白金からなるＸ線ミラーを用いた場合より上記の波長領域におけるＸ線を有効に利用することができる。
【０１７１】
また、図１９を参照して、白金からなるミラーの斜入射角を０．４°（入射角を８９．６°）とし、ベリリウムからなるミラーの斜入射角を０．４°（入射角を８９．６°）とした場合のＸ線スペクトル（以下スペクトル１とよぶ）が実線で表示されている。また、白金からなるミラーの斜入射角を０．４°（入射角を８９．６°）とし、ベリリウムからなるミラーの斜入射角を０．５°（入射角を８９．５°）とした場合のＸ線スペクトル（以下スペクトル２とよぶ）が点線で表示されている。このスペクトル１とスペクトル２とを比較すると、ベリリウムからなるミラーの斜入射角を０．４°から０．５°に変更することにより、０．４ｎｍ以下の波長領域のＸ線を確実に吸収カットできることがわかる。
【０１７２】
また、図２０は、２枚の金からなるＸ線ミラーから反射されたＸ線を、Ｘ線マスクのメンブレンを透過させた後のＸ線スペクトルを示している。ここで、図２０は、Ｘ線マスクを透過した後のＸ線の波長と相対強度との関係を示すグラフである。図２０では、メンブレンとして本発明によるダイヤモンドメンブレンを用いた場合と、従来の炭化珪素からなるメンブレンを用いた場合とを示している。
【０１７３】
図２０を参照して、メンブレンとして炭化珪素を用いた場合には、珪素が０．６７３８ｎｍという波長域に吸収端を有するため、この吸収端波長においてＸ線の強度が大きく低下している。一方、Ｘ線マスクのメンブレンとしてダイヤモンドメンブレンを用いた場合には、このようなＸ線の強度低下は発生していない。なお、ここでは金からなるミラーを用いているため、金の吸収端波長である０．３６１６ｎｍ、０．３９３６ｎｍ、０．４５１８ｎｍ、０．５３７４ｎｍ、０．５５８４ｎｍにおいてＸ線の強度が低下している。
【０１７４】
また、ここで図１６に示したシンクロトロン放射装置およびＸ線露光システムにおいては、本発明の実施の形態１〜１６に示したＸ線ミラーおよびＸ線マスクを適用することができる。
【０１７５】
（実施の形態１８）
Ｘ線マスクについて、メンブレンとＸ線吸収体として様々な材料を用いた場合のコントラストのデータをシミュレーションにより求めた。図２１〜２３は、本発明によるＸ線マスクについてのＸ線吸収体の膜厚とコントラストとの関係を示すグラフである。なお、ここでコントラストとは、Ｘ線マスクにおいて、メンブレンのみを透過したＸ線の強度の、Ｘ線吸収体とメンブレンの両方を透過したＸ線の強度に対する比率とする。
【０１７６】
図２１〜２３を参照して、様々なメンブレンとＸ線吸収体との材料の組み合わせについてＸ線吸収体の膜厚とコントラストとの関係を調査した。ここで、図２１における凡例の表示は、Ｘ線ミラーの材質／ベリリウム窓の膜厚／Ｘ線マスクのメンブレンの材質／Ｘ線吸収体の材質（Ｘ線吸収体の密度）を示している。具体的には、例えばＳｉＣ／Ｂｅ２０／ＳｉＣ／Ｗ（１６．２）とあるのは、Ｘ線ミラーの材質がＳｉＣ／ベリリウム窓のベリリウム薄膜の膜厚が２０μｍ／Ｘ線マスクのメンブレンの材質がＳｉＣ／Ｘ線吸収体の材質がタングステン（Ｗ）であり、このＸ線吸収体の密度は１６．２ｇ／ｃｍ3である、という意味である。
【０１７７】
図２１を参照して、Ｘ線ミラーとしてＳｉＣを用いたデータは、従来のＸ線露光条件に対応しており、０．７ｎｍ超えの波長領域にピーク波長を有するＸ線をＸ線マスクに入射した場合である。また、Ｘ線ミラーとしてロジウム（Ｒｈ）を用いたデータは、本発明によるＸ線露光条件に対応しており、０．４５ｎｍ以上０．７ｎｍ以上の波長領域にピーク波長を有するＸ線をＸ線マスクに入射した場合である。
【０１７８】
まず、メンブレンとしてＳｉＣを用い、そのメンブレン上に金属ウラン（Ｕ）からなるＸ線吸収体を形成したＸ線マスクに対して、ＳｉＣからなるＸ線ミラーにより反射したシンクロトロン放射光を照射した場合（従来の露光条件）のデータが黒丸の凡例により示されている。このＳｉＣからなるＸ線ミラーにおける入射角は８９°とした。そして、メンブレンの膜厚は２μｍとした。ここで、デザインルールが０．０５μｍ程度という高解像度のパターンを転写するために適したコントラストは３以上である。そして、図２１を参照してこのコントラスト３を実現するために必要なウランからなるＸ線吸収体の膜厚は約０．１８μｍであった。この場合、Ｘ線吸収体において形成される転写用回路パターンのアスペクト比は約３．６と、導波管効果の影響が顕著になるアスペクト比より十分小さい。つまり、上記のＸ線マスクは、従来の露光条件では適切なコントラストとアスペクト比とを両立できることがわかる。また、この従来の露光条件において、ＳｉＣに代えてダイヤモンド（Ｄｉａ．）をメンブレンとして用いた場合も、ほぼ同様の結果となることがわかる。
【０１７９】
次に、上記のダイヤモンドメンブレンとウランからなるＸ線吸収体とを備えるＸ線マスクを、本発明による露光条件に適用した。その結果が、白四角の凡例で示されている。ここで、ロジウムからなるＸ線ミラーにおけるＸ線の入射角は８９°とした。この場合、図２１に示すように、必要なコントラスト３を得るためには、ウランからなるＸ線吸収体の膜厚が約０．３７μｍ必要であった。この場合、デザインルールが０．０５μｍであるときのアスペクト比は７．４と大きくなる。また、デザインルールが０．０３５μｍとなった場合には、アスペクト比が１０を超えてしまう。このようにアスペクト比が大きくなると、導波管効果により微細な回路パターンの転写が困難になる。
【０１８０】
次に、本発明による露光条件にダイヤモンドメンブレンとタングステンからなるＸ線吸収体とを備える本発明によるＸ線マスクを適用した場合が黒四角で示されている。ここで、ダイヤモンドを構成する炭素は４．３６８ｎｍという波長に吸収端を有する。このため、ダイヤモンドメンブレンが本発明による露光条件において露光光として用いられる０．４５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下という波長領域のＸ線を強く吸収することはない。また、タングステンは０．６８ｎｍという波長に吸収端を有している。このため、本発明による露光条件において露光光として用いられるＸ線について、タングステンからなるＸ線吸収体のＸ線吸収率は十分大きくなる。この結果、図２１に示すように、必要なコントラスト３を得るために必要なタングステンからなるＸ線吸収体の膜厚は約０．２４μｍであった。つまり、ウランをＸ線吸収体として用いた場合よりＸ線吸収体膜厚を小さくすることができる。この場合、デザインルールが０．０５μｍであるときのアスペクト比は４．８となり、導波管効果の影響を小さくすることが可能である。この結果、十分なコントラストと小さなアスペクト比とを両立できるので、微細な回路パターンを転写することが可能であることがわかる。つまり、本発明による露光条件のように、従来よりも短波長領域のＸ線を露光光として用いる場合に、上記の本発明によるＸ線マスクは特に有効であることがわかる。
【０１８１】
なお、従来の露光条件に、ＳｉＣからなるメンブレンとタングステンからなるＸ線吸収体とを備えるＸ線マスクを適用した場合が黒四角＋太線で示されている。この場合、図２１からもわかるように、必要なコントラスト３を得るために必要なタングステンからなるＸ線吸収体の膜厚は約０．３７μｍとなり、デザインルールが０．０５μｍであるときのアスペクト比は７．４と大きくなる。この結果、従来の露光条件にタングステンからなるＸ線吸収体を適用した場合には微細な回路パターンの転写が困難になることがわかる。
【０１８２】
また、本発明による露光条件に窒化硼素（ＢＮ）からなるメンブレンとタングステンからなるＸ線吸収体とを備えるＸ線マスクを適用した場合のデータも同様に示されている。この場合も、十分な大きさのコントラストと小さなアスペクト比とを両立できるので、微細な回路パターンを転写することが可能であることがわかる。なお、ダイヤモンドを構成する炭素の吸収端は４．３６８ｎｍであり、窒素の吸収端は３．０９９ｎｍである。
【０１８３】
次に、Ｘ線吸収体としてタンタル（Ｔａ）およびタングステン（Ｗ）を用いた場合について、Ｘ線の波長スペクトルを変化させたときのコントラストとＸ線吸収体膜厚との関係を求めた。ここで、Ｘ線の波長スペクトルはベリリウム窓のベリリウム薄膜の膜厚を変更することにより変化させた。その結果を図２２および２３に示す。ここで、図２２および２３における凡例の表示は、基本的には図２１における凡例の表示と同様である。ただし、Ｘ線ミラーを２枚用いた場合はその材質を併記しており、さらにＸ線ミラーへのＸ線の入射角も記した。例えば、Ｒｈ，Ｂｅ８９．４／Ｂｅ１３／Ｄｉａ．２／Ｔａ１６．５とあるのは、ロジウム（Ｒｈ）からなるＸ線ミラーとベリリウム（Ｂｅ）からなるＸ線ミラーとを用い、ＢｅからなるＸ線ミラーでのＸ線の入射角が８９．４°である／ベリリウム窓のベリリウム薄膜の膜厚が１３μｍ／Ｘ線マスクのメンブレンの材質がダイヤモンドで膜厚が２μｍ／Ｘ線吸収体の材質がタンタルであり、このＸ線吸収体の密度は１６．５ｇ／ｃｍ3という意味である。
【０１８４】
図２２を参照して、金（Ａｕ）をＸ線吸収体として用いた場合は、必要なコントラストを得るために必要なＸ線吸収体膜厚が本発明によるＸ線マスクの場合より厚くなることがわかる。また、金をＸ線吸収体として用いた場合には、本発明による露光条件においては、従来の露光条件よりも必要なコントラストを得るためのＸ線吸収体の膜厚が厚くなることもわかる。
【０１８５】
そして、図２２および２３を参照して、ロジウムをＸ線ミラーとして用いた本発明による露光条件において、ダイヤモンドメンブレンとタンタルおよびタングステンを用いたＸ線吸収体とを備える本発明によるＸ線マスクを用いれば、大きなコントラストと小さなアスペクト比とを両立することができる。この結果、微細な回路パターンを転写することが可能であることがわかる。
【０１８６】
なお、ここではＸ線吸収体としてタングステンおよびタンタルを用いたが、本発明によるＸ線マスクにおいて、ＴａＧｅ、ＴａＲｅＧｅ、ＷＮ、ＷＳｉ、ＷＧｅ、ＷＲｅ、ＷＲｅＧｅなどの合金や化合物をＸ線吸収体として用いても同様の効果を得ることができる。また、メンブレンとしてダイヤモンドを用いたが、窒化硼素、ダイヤモンドライクカーボン、ベリリウムなどの０．４５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の波長領域に吸収端を有さない材料をメンブレンとして用いれば、同様の効果を得ることができる。
【０１８７】
また、実施の形態１８に示したＸ線マスクは、実施の形態１に示したＸ線露光装置および実施の形態１７に示したシンクロトロン放射装置およびＸ線露光システムに適用可能である。また、この実施の形態１８におけるＸ線マスクのＸ線吸収体について、図１４に示したようにこのＸ線吸収体を多層構造としても、同様の効果を得ることができる。
【０１８８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１８９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、Ｘ線露光に適した露光光を取出すことができる。この結果、従来よりも高い解像度の回路パターンを転写することが可能となると同時に、照射強度を大きくすることもできるので、高いスループットを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるＸ線露光装置の実施の形態１を示す模式図である。
【図２】  本発明の実施の形態１〜４におけるＸ線ミラーの材料についての、Ｘ線の波長とＸ線の反射率との関係を示すグラフである。
【図３】  本発明の実施の形態５におけるＸ線ミラーの材料についてのＸ線の波長とＸ線の反射率との関係を示すグラフである。
【図４】  本発明の実施の形態６におけるＸ線ミラーの材料についてのＸ線の波長とＸ線の反射率との関係を示すグラフである。
【図５】  本発明の実施の形態７におけるＸ線マスクのメンブレン材料についてのＸ線の波長とＸ線の透過率との関係を示すグラフである。
【図６】  本発明の実施の形態８において得られるＸ線の波長と相対強度との関係を示すグラフである。
【図７】  本発明の実施の形態９において得られるＸ線の波長と相対強度との関係を示すグラフである。
【図８】  本発明の実施の形態１０において、本発明によるＸ線ミラーを２枚用いた系での制御方法を示す模式図である。
【図９】  本発明の実施の形態１１において、本発明によるＸ線ミラーを３枚用いた系での制御方法を示す模式図である。
【図１０】  図９に示した系により得られるＸ線の波長と相対強度との関係を示すグラフである。
【図１１】  本発明の実施の形態１２において、本発明によるＸ線ミラーを４枚用いた系での制御方法を示す模式図である。
【図１２】  本発明の実施の形態１３において、本発明によるＸ線ミラーを４枚用いた系における制御方法を示す模式図である。
【図１３】  図１２に示した系において得られるＸ線の波長と相対強度との関係を示すグラフである。
【図１４】  本発明の実施の形態１４におけるＸ線マスクを示す断面模式図である。
【図１５】  Ｘ線マスクのＸ線吸収体として用いられる材料についてのＸ線の波長とＸ線の透過率との関係を示すグラフである。
【図１６】  本発明によるＸ線露光システムの概略図である。
【図１７】  図１６におけるＸ線マスクと半導体ウェハとを示す部分拡大断面図である。
【図１８】  ベリリウムからなるミラーとロジウムからなるミラーとを備えるシンクロトロン放射装置およびＸ線露光システムにおいて得られるＸ線の波長と相対強度との関係を示すグラフである。
【図１９】  ベリリウムからなるミラーと白金からなるミラーとを備えるシンクロトロン放射装置およびＸ線露光システムにおいて得られるＸ線の波長と相対強度との関係を示すグラフである。
【図２０】  Ｘ線マスクを透過した後のＸ線の波長と相対強度との関係を示すグラフである。
【図２１】  本発明によるＸ線マスクについてのＸ線吸収体の膜厚とコントラストとの関係を示すグラフである。
【図２２】  本発明によるＸ線マスクについてのＸ線吸収体の膜厚とコントラストとの関係を示すグラフである。
【図２３】  本発明によるＸ線マスクについてのＸ線吸収体の膜厚とコントラストとの関係を示すグラフである。
【図２４】  従来のＸ線露光装置の構成図である。
【符号の説明】
１  シンクロトロン放射源、２，２ａ，２ｂ  放射光、３，３ａ〜３ｃ  Ｘ線ミラー、４  ベリリウムからなる熱除去フィルタ、５  ベリリウム窓、６  Ｘ線マスク、７  放射光のＸ線ミラーに対する斜入射角、８  Ｘ線ミラーの集光角、９  半導体ウェハ、１０  Ｘ線、１１  １段目Ｘ線ミラー、１２  ２段目Ｘ線ミラー、１３  ３段目Ｘ線ミラー、１４  ４段目Ｘ線ミラー、１５  基板、１６  ダイヤモンドメンブレン、１７ａ〜１７ｃ  モリブデン薄膜、１８ａ，１８ｂ  カーボン薄膜、１９  ガードリング、２０  転写用パターン、２１  窓部、２２  集光ミラー、２３  拡大ミラー、２４  Ｘ線吸収体。